JP6902511B2 - Electrochemical reaction cell stack - Google Patents

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Description

本明細書によって開示される技術は、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、単セルが第1の方向に複数並べて配置された構造体(以下、「発電ブロック」という)と、電気化学反応ブロックを挟んで第1の方向に互いに対向する一対の導電性のターミナル部材と、一対のターミナル部材を挟んで第1の方向に互いに対向する一対の絶縁部材と、一対の絶縁部材を挟んで第1の方向に互いに対向する一対の導電性のエンド部材とを備える燃料電池スタックの形態で利用される。燃料電池スタックは、さらに、一対のターミナル部材に形成された貫通孔と一対の絶縁部材に形成された貫通孔とに挿入され、一対のエンド部材の少なくとも一方に係合する導電性の締結部材を備える。このような各部材を備える燃料電池スタックにおいて、一のターミナル部材に形成された貫通孔の内周面は、当該ターミナル部材に面して配置された絶縁部材に形成された貫通孔の内周面と面一の構成となっている(例えば、特許文献1参照)。 SOFCs generally consist of a structure in which a plurality of single cells are arranged side by side in the first direction (hereinafter referred to as "power generation block") and a pair of conductors facing each other in the first direction with an electrochemical reaction block interposed therebetween. Terminal members, a pair of insulating members that face each other in a first direction with a pair of terminal members sandwiched between them, and a pair of conductive end members that face each other in a first direction with a pair of insulating members sandwiched between them. It is used in the form of a fuel cell stack. The fuel cell stack is further inserted into a through hole formed in the pair of terminal members and a through hole formed in the pair of insulating members, and a conductive fastening member that engages with at least one of the pair of end members. Be prepared. In a fuel cell stack including such members, the inner peripheral surface of the through hole formed in one terminal member is the inner peripheral surface of the through hole formed in the insulating member arranged facing the terminal member. (See, for example, Patent Document 1).

特開2017−111856号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-11185

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、上記一のターミナル部材と、当該ターミナル部材に面して配置された絶縁部材に面して配置されたエンド部材との間で放電が起こり、ターミナル部材とエンド部材とが短絡するおそれがある。 In a conventional fuel cell stack, for example, when a high voltage is generated, a discharge occurs between the above-mentioned one terminal member and an end member arranged facing an insulating member arranged facing the terminal member. May cause a short circuit between the terminal member and the end member.

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」という)の一形態であ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」といい、燃料電池単セルと電解単セルとをまとめて「電気化学反応単セル」といい、発電ブロックと電解ブロックとをまとめて「電気化学反応ブロック」という。また、このような課題は、固体酸化物形に限らず、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。 It should be noted that such a problem is also common to the electrolytic cell stack, which is a form of a solid oxide type electrolytic cell (hereinafter referred to as “SOEC”) that generates hydrogen by utilizing the electrolysis reaction of water. Is. In the present specification, the fuel cell stack and the electrolytic cell stack are collectively referred to as an "electrochemical reaction cell stack", and the fuel cell single cell and the electrolytic single cell are collectively referred to as an "electrochemical reaction single cell". The power generation block and the electrolytic block are collectively called an "electrochemical reaction block". Further, such a problem is common not only to the solid oxide fuel cell 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、例えば、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, for example, 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、第1の方向に並べられた複数の電気化学反応単セルを備える電気化学反応ブロックであって、各前記電気化学反応単セルは、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む、電気化学反応ブロックと、前記電気化学反応ブロックに対して前記第1の方向の一方側に配置されたターミナル部材であって、前記第1の方向に貫く第1の貫通孔が形成され、かつ、前記電気化学反応ブロックに電気的に接続された導電性のターミナル部材と、前記ターミナル部材に対して前記第1の方向の前記一方側に配置された絶縁部材であって、前記第1の貫通孔に連通し、かつ、前記第1の方向に貫く第2の貫通孔が形成された、絶縁性の絶縁部材と、前記絶縁部材に対して前記第1の方向の前記一方側に配置された導電性のエンド部材と、前記第1の貫通孔と前記第2の貫通孔とに挿入され、かつ、前記エンド部材に係合している導電性の締結部材と、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、前記第1の方向視において、前記ターミナル部材に形成された前記第1の貫通孔の内周縁は、前記絶縁部材に形成された前記第2の貫通孔の内周縁を取り囲み、前記第1の方向視において、前記絶縁部材における前記第2の貫通孔の内周縁は、前記締結部材から離間している。 (1) The electrochemical reaction cell stack disclosed in the present specification is an electrochemical reaction block including a plurality of electrochemical reaction single cells arranged in the first direction, and each of the electrochemical reaction single cells is An electrochemical reaction block comprising an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode facing each other in the first direction with the electrolyte layer interposed therebetween, and an electrochemical reaction block in the first direction with respect to the electrochemical reaction block. A terminal member arranged on one side, a conductive terminal member having a first through hole penetrating in the first direction and electrically connected to the electrochemical reaction block, and the above. An insulating member arranged on one side of the terminal member in the first direction, and a second through hole that communicates with the first through hole and penetrates in the first direction is formed. An insulating insulating member, a conductive end member arranged on the one side of the insulating member in the first direction, and a first through hole and a second through hole. In the electrochemical reaction cell stack, which comprises a conductive fastening member inserted into and engaged with the end member and fastened by the fastening member, in the first directional view, the terminal member. The inner peripheral edge of the first through hole formed in the above surrounds the inner peripheral edge of the second through hole formed in the insulating member, and in the first directional view, the second through hole in the insulating member. The inner peripheral edge of the through hole is separated from the fastening member.

本電気化学反応セルスタックでは、第1の方向視において、ターミナル部材に形成された第1の貫通孔の内周縁は、絶縁部材に形成された第2の貫通孔の内周縁を取り囲んでいる。すなわち、本電気化学反応セルスタックでは、第1の方向視における締結部材の中心を通り、かつ、第1の方向に平行な断面において、絶縁部材における第2の貫通孔の内周面は、ターミナル部材における第1の貫通孔の内周面と比較して、締結部材側へ突出している。このため、絶縁部材における第2の貫通孔の内周面が、ターミナル部材における第1の貫通孔の内周面と一致する構成と比較して、ターミナル部材からエンド部材に至るまでの絶縁部材における沿面距離を大きくすることができる。このため、本電気化学反応セルスタックによれば、ターミナル部材とエンド部材との間の短絡の発生を抑制することができる。 In the present electrochemical reaction cell stack, in the first directional view, the inner peripheral edge of the first through hole formed in the terminal member surrounds the inner peripheral edge of the second through hole formed in the insulating member. That is, in the present electrochemical reaction cell stack, in a cross section that passes through the center of the fastening member in the first direction and is parallel to the first direction, the inner peripheral surface of the second through hole in the insulating member is a terminal. It protrudes toward the fastening member as compared with the inner peripheral surface of the first through hole in the member. Therefore, in the insulating member from the terminal member to the end member, as compared with the configuration in which the inner peripheral surface of the second through hole in the insulating member coincides with the inner peripheral surface of the first through hole in the terminal member. The creepage distance can be increased. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, it is possible to suppress the occurrence of a short circuit between the terminal member and the end member.

本電気化学反応セルスタックでは、第1の方向視において、絶縁部材における第2の貫通孔の内周縁は、締結部材から離間している。すなわち、絶縁部材と締結部材との間には空間が形成されている。このため、本電気化学反応セルスタックによれば、ターミナル部材と締結部材との間の短絡の発生を抑制することができる。 In the present electrochemical reaction cell stack, in the first directional view, the inner peripheral edge of the second through hole in the insulating member is separated from the fastening member. That is, a space is formed between the insulating member and the fastening member. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, it is possible to suppress the occurrence of a short circuit between the terminal member and the fastening member.

従って、本電気化学反応セルスタックによれば、ターミナル部材と締結部材との間の短絡の発生を抑制するとともに、ターミナル部材とエンド部材との間の短絡の発生を抑制することができる。 Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, it is possible to suppress the occurrence of a short circuit between the terminal member and the fastening member and also suppress the occurrence of a short circuit between the terminal member and the end member.

(2)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第1の方向視における前記締結部材の中心を通り、かつ、前記第1の方向に平行な断面において、前記絶縁部材における前記第2の貫通孔の内周面に相当する第1の線上の任意の点と前記締結部材との間の前記第1の方向に直交する第2の方向における第1の距離に対する、前記第1の線上の前記任意の点と前記第1の線の前記第1の方向における前記一方側の端点との間の前記第1の線に沿った第2の距離の比は、前記絶縁部材を形成する材料の比誘電率の値未満である構成としてもよい。 (2) In the electrochemical reaction cell stack, the second through hole in the insulating member passes through the center of the fastening member in the first direction and is parallel to the first direction. The arbitrary point on the first line with respect to a first distance in a second direction orthogonal to the first direction between an arbitrary point on the first line corresponding to the inner peripheral surface and the fastening member. The ratio of the second distance along the first line between the point and the end point on one side of the first line in the first direction is the relative permittivity of the material forming the insulating member. The configuration may be less than the value of.

本電気化学反応セルスタックでは、第1の方向視における締結部材の中心を通り、かつ、第1の方向に平行な断面において、上記第1の距離に対する、上記第2の距離の比は、絶縁部材を形成する材料の比誘電率の値未満である。ここで、絶縁部材におけるターミナル部材からの突出距離が大きくなるほど、ターミナル部材からエンド部材に至るまでの絶縁部材における沿面距離は大きくなり、これにより、電気化学反応セルスタックの耐電圧は向上する。しかしながら、絶縁部材におけるターミナル部材からの突出距離が大きくなりすぎると、上記第1の距離、すなわち、絶縁部材と締結部材との間の距離が十分に確保できない。この結果、電気化学反応セルスタックにおいて、上記第1の距離、すなわち、絶縁部材と締結部材との間の距離が十分に確保されていない構成では、絶縁部材と締結部材との間の空間が十分に確保されず、当該空間に満たされている空気(比誘電率1.0)を介して、ターミナル部材と締結部材との間の短絡が発生する。具体的には、上記第1の距離に対する上記第2の距離の比が、絶縁部材を形成する材料の比誘電率の値以上となる構成では、ターミナル部材と締結部材との間の短絡が発生する。一方、本電気化学反応セルスタックでは、上記第1の距離に対する上記第2の距離の比が、絶縁部材を形成する材料の比誘電率の値未満となる構成とする。すなわち、本電気化学反応セルスタックでは、上記第1の距離、すなわち、絶縁部材と締結部材との間の距離が十分に確保されている。このため、絶縁部材と締結部材との間の空間に満たされている空気(比誘電率1.0)を介することにより、ターミナル部材と締結部材との間で短絡することをより効果的に抑制することができる。 In the present electrochemical reaction cell stack, the ratio of the second distance to the first distance is insulated in a cross section that passes through the center of the fastening member in the first direction and is parallel to the first direction. It is less than the value of the relative permittivity of the material forming the member. Here, as the protrusion distance of the insulating member from the terminal member increases, the creepage distance of the insulating member from the terminal member to the end member increases, which improves the withstand voltage of the electrochemical reaction cell stack. However, if the protruding distance of the insulating member from the terminal member becomes too large, the first distance, that is, the distance between the insulating member and the fastening member cannot be sufficiently secured. As a result, in the electrochemical reaction cell stack, in the configuration in which the first distance, that is, the distance between the insulating member and the fastening member is not sufficiently secured, the space between the insulating member and the fastening member is sufficient. A short circuit occurs between the terminal member and the fastening member through the air (relative permittivity 1.0) that is not secured in the space. Specifically, in a configuration in which the ratio of the second distance to the first distance is equal to or greater than the value of the relative permittivity of the material forming the insulating member, a short circuit occurs between the terminal member and the fastening member. To do. On the other hand, in the present electrochemical reaction cell stack, the ratio of the second distance to the first distance is less than the value of the relative permittivity of the material forming the insulating member. That is, in the present electrochemical reaction cell stack, the first distance, that is, the distance between the insulating member and the fastening member is sufficiently secured. Therefore, a short circuit between the terminal member and the fastening member is more effectively suppressed by passing air (relative permittivity 1.0) filled in the space between the insulating member and the fastening member. can do.

従って、本電気化学反応セルスタックによれば、ターミナル部材とエンド部材との間の短絡の発生を抑制することができるとともに、ターミナル部材と締結部材との間の短絡の発生をより効果的に抑制することができる。 Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, it is possible to suppress the occurrence of a short circuit between the terminal member and the end member, and more effectively suppress the occurrence of a short circuit between the terminal member and the fastening member. can do.

(3)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記絶縁部材は、マイカにより形成されている構成としてもよい。マイカは、市場において容易かつ安価に入手でき、成形加工性に優れている傾向があるため、本電気化学反応セルスタックによれば、電気化学反応セルスタックを効率的に製造することができる。 (3) In the electrochemical reaction cell stack, the insulating member may be formed of mica. Since mica is easily and inexpensively available on the market and tends to have excellent molding processability, the electrochemical reaction cell stack can be efficiently produced according to the present electrochemical reaction cell stack.

(4)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記ターミナル部材に形成された前記第1の貫通孔には、前記締結部材の軸周りの外周を囲む絶縁性の筒状部材が配置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、電気化学反応セルスタックが保護管を備えているため、導電性部材であるターミナル部材に形成された第1の貫通孔と締結部材とが短絡することをより効果的に抑制することができる。 (4) In the electrochemical reaction cell stack, an insulating tubular member that surrounds the outer circumference around the axis of the fastening member is arranged in the first through hole formed in the terminal member. May be good. According to the present electrochemical reaction cell stack, since the electrochemical reaction cell stack is provided with a protective tube, it is possible that the first through hole formed in the terminal member, which is a conductive member, and the fastening member are short-circuited. It can be effectively 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、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)、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。 The techniques disclosed in the present specification can be realized in various forms, for example, in the form of an electrochemical reaction cell stack (fuel cell stack or electrolytic cell stack), a method for producing them, and the like. It is possible to do.

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および図7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. 1 and FIG. 図1および図7のIII−III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 III-III of FIG. 1 and FIG. 図1および図7のIV−IV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 IV-IV of FIG. 1 and 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1および図7のVI−VI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-sectional structure of two power generation units 102 adjacent to each other at the position of VI-VI of FIG. 1 and FIG. 図4のVII−VIIの位置における下側のターミナルプレート420のXY断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XY cross-sectional structure of the lower terminal plate 420 at the position of VII-VII of FIG. 図1および図7のIV−IVの位置の断面図において、図4に示す断面のX1部を部分的に示すXZ断面図である。In the cross-sectional view of the position of IV-IV of FIGS. 1 and 7, it is an XZ cross-sectional view partially showing the X1 part of the cross section shown in FIG. 変形例における、図4に示す断面のX1部を部分的に示すXZ断面図である。FIG. 5 is an XZ cross-sectional view partially showing the X1 portion of the cross section shown in FIG. 4 in a modified example. 性能評価結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the performance evaluation result.

A.第1実施形態:
A−1.装置構成:
(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(および後述する図7)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(および後述する図7)のIII−III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4は、図1(および後述する図7)のIV−IV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。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5以降についても同様である。また、本明細書では、Z軸方向に直交する方向を、面方向と呼ぶものとする。
A. First Embodiment:
A-1. Device configuration:
(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 XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position II-II in FIG. 1 (and FIG. 7 described later). 3 is an explanatory view showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position III-III of FIG. 1 (and FIG. 7 described later), and FIG. 4 is an explanatory view showing the XZ cross-sectional configuration of FIG. 1 (and FIG. 7 described later). It is explanatory drawing which shows the XZ cross section structure of the fuel cell stack 100 at the position of IV-IV of FIG. 7) described later. 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. 5 and later. Further, in the present specification, the direction orthogonal to the Z-axis direction is referred to as a plane direction.

燃料電池スタック100は、複数の(本実施形態では7つの)燃料電池発電単位(以下、単に「発電単位」という)102と、一対のターミナルプレート410,420と、一対の絶縁シート510,520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。一対のターミナルプレート410,420は、複数の発電単位102から構成される集合体(以下、「発電ブロック103」という)を上下から挟むように配置されている。一対の絶縁シート510,520は一対のターミナルプレート410,420を上下から挟むように配置されている。また、一対のエンドプレート104,106は、一対の絶縁シート510,520を上下から挟むように配置されている。 The fuel cell stack 100 includes a plurality of (seven in this embodiment) fuel cell power generation units (hereinafter, simply referred to as “power generation units”) 102, a pair of terminal plates 410, 420, and a pair of insulating sheets 510, 520. , A pair of end plates 104, 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 terminal plates 410 and 420 are arranged so as to sandwich an aggregate (hereinafter, referred to as "power generation block 103") composed of a plurality of power generation units 102 from above and below. The pair of insulating sheets 510 and 520 are arranged so as to sandwich the pair of terminal plates 410 and 420 from above and below. Further, the pair of end plates 104 and 106 are arranged so as to sandwich the pair of insulating sheets 510 and 520 from above and below.

図1および図4に示すように、燃料電池スタック100を構成する各層(上側のエンドプレート104、各発電単位102、各ターミナルプレート410,420および各絶縁シート510,520)のZ軸方向回りの外周の4つの角部周辺には、各層を上下方向に貫通し、かつ、Z軸方向視において略円形の孔が形成されている。さらに燃料電池スタック100を構成する下側のエンドプレート106のZ軸方向回りの外周の4つの角部周辺の上面には、後述するボルト22の下側端部が螺合される孔(ねじ孔)が形成されている。各発電単位102と各ターミナルプレート410,420と各絶縁シート510,520と各エンドプレート104,106と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、上側のエンドプレート104から下側のエンドプレート106にわたって上下方向に延びるボルト孔109を構成している。以下の説明では、ボルト孔109を構成するために各層に形成された孔も、ボルト孔109ということがある。 As shown in FIGS. 1 and 4, each layer (upper end plate 104, each power generation unit 102, each terminal plate 410, 420, and each insulating sheet 510, 520) constituting the fuel cell stack 100 is oriented in the Z-axis direction. Around the four corners of the outer periphery, holes are formed that penetrate each layer in the vertical direction and are substantially circular in the Z-axis direction. Further, a hole (screw hole) into which the lower end portion of the bolt 22, which will be described later, is screwed into the upper surface around the four corners of the outer periphery of the lower end plate 106 constituting the fuel cell stack 100 in the Z-axis direction. ) Is formed. Holes formed in each power generation unit 102, each terminal plate 410, 420, each insulating sheet 510, 520, and each end plate 104, 106 communicate with each other in the vertical direction, and are inward from the upper end plate 104. It constitutes a bolt hole 109 extending in the vertical direction over the end plate 106 of the above. In the following description, the holes formed in each layer for forming the bolt holes 109 may also be referred to as bolt holes 109.

各ボルト22は、上下方向に延びる各ボルト孔109に挿通されている、略円柱形状の導電性部材である。各ボルト22の下側端部には、各ボルト22が、下側のエンドプレート106に係合可能なように、下側のエンドプレート106のZ軸方向回りの外周の4つの角部周辺の上面に形成された上記孔(ねじ孔)に螺合可能なねじ部が形成されている。このように、本実施形態の燃料電池スタック100では、各ボルト22の頭部と下側のエンドプレート106とによって、各発電単位102および各エンドプレート104,106が一体に締結されている。ここで、「各ボルト22が、下側のエンドプレート106に係合」しているとは、各ボルト22が直接的にまたは他の部材(例えば、ナット)を介して下側のエンドプレート106に取り付けられていることを意味する。 Each bolt 22 is a substantially cylindrical conductive member inserted into each bolt hole 109 extending in the vertical direction. At the lower end of each bolt 22, around the four corners of the outer circumference of the lower end plate 106 around the Z axis so that each bolt 22 can engage the lower end plate 106. A screw portion that can be screwed is formed in the above-mentioned hole (screw hole) formed on the upper surface. As described above, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, each power generation unit 102 and each end plate 104, 106 are integrally fastened by the head of each bolt 22 and the lower end plate 106. Here, "each bolt 22 is engaged with the lower end plate 106" means that each bolt 22 is directly or via another member (for example, a nut) of the lower end plate 106. It means that it is attached to.

また、図1から図3に示すように、燃料電池スタック100を構成する各層(各発電単位102、下側のターミナルプレート420および下側の絶縁シート520)のZ軸方向回りの外周辺の付近には、各発電単位102と、下側のターミナルプレート420と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層に形成された孔も、連通孔108ということがある。 Further, as shown in FIGS. 1 to 3, the vicinity of the outer periphery around the Z-axis direction of each layer (each power generation unit 102, lower terminal plate 420, and lower insulating sheet 520) constituting the fuel cell stack 100. Is formed with holes that penetrate each power generation unit 102 and the lower terminal plate 420 in the vertical direction, and a plurality of holes formed in each power generation unit 102 and corresponding to each other communicate with each other in the vertical direction. A communication hole 108 extending in the vertical direction is formed over the power generation unit 102 of the above. In the following description, the holes formed in each layer to form the communication holes 108 may also be referred to as the 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軸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。酸化剤ガスOGとしては、例えば空気が使用される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack 100 is located near one side (the side on the positive side of the X-axis of the two sides parallel to the Y-axis) on the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z-axis 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 located near the side opposite to the side (the side on the negative side of the X-axis of the two sides parallel to the Y-axis) is from the air chamber 166 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 discharged gas, to the outside of the fuel cell stack 100. As the oxidant gas OG, for example, air is used.

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軸方向回りの外周を構成する辺の内、上述した酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する連通孔108に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔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、上述した酸化剤ガス導入マニホールド161として機能する連通孔108に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔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。燃料ガスFGとしては、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, among the sides constituting the outer periphery of the fuel cell stack 100 in the Z-axis direction, the vicinity of the side closest to the communication hole 108 functioning as the above-mentioned oxidant gas discharge manifold 162. In the other communication hole 108 located in, the fuel gas FG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100, and the fuel gas FG is introduced into the fuel gas flow path which is a gas flow path for supplying the fuel gas FG to the fuel chamber 176 described later in each power generation unit 102. The other communication holes 108 located near the side closest to the communication holes 108 that function as the manifold 171 and function as the oxidant gas introduction manifold 161 described above are the gases discharged from the fuel cell 176 of each power generation unit 102. It functions as a fuel gas discharge manifold 172, which is a gas flow path for discharging a certain fuel off-gas FOG to the outside of the fuel cell stack 100. As the fuel gas FG, for example, a hydrogen-rich gas obtained by reforming city gas is used.

(ターミナルプレート410,420、絶縁シート510,520およびエンドプレート104,106の構成)
一対のターミナルプレート410,420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。各ターミナルプレート410,420のZ軸方向における厚さ(板厚)は、0.2mm以上、3mm以下である。上側のターミナルプレート410は、複数の発電単位102から構成される発電ブロック103の上方向側に配置されており、下側のターミナルプレート420は、発電ブロック103の下方向側に配置されている。すなわち、上側のターミナルプレート410は、複数の単セル110の内、Z軸方向において、最も上方向側に位置する単セル110を備える発電単位102の上方向側に配置されている。また、下側のターミナルプレート420は、複数の単セル110の内、Z軸方向において、最も下方向側に位置する単セル110を備える発電単位102の下方向側に配置されている。図2から図4に示すように、上側のターミナルプレート410には、4つのボルト孔109が形成されている。また、下側のターミナルプレート420には、4つの連通孔108と、4つのボルト孔109とが形成されている。上側のターミナルプレート410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、下側のターミナルプレート420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。下側のターミナルプレート420の構成については、後に詳述する。
(Structure of terminal plates 410, 420, insulating sheets 510, 520 and end plates 104, 106)
The pair of terminal plates 410 and 420 are substantially rectangular flat plate-shaped conductive members, and are made of, for example, stainless steel. The thickness (plate thickness) of each of the terminal plates 410 and 420 in the Z-axis direction is 0.2 mm or more and 3 mm or less. The upper terminal plate 410 is arranged on the upper side of the power generation block 103 composed of a plurality of power generation units 102, and the lower terminal plate 420 is arranged on the lower side of the power generation block 103. That is, the upper terminal plate 410 is arranged on the upper side of the power generation unit 102 including the single cell 110 located on the uppermost side in the Z-axis direction among the plurality of single cells 110. Further, the lower terminal plate 420 is arranged on the lower side of the power generation unit 102 including the single cell 110 located on the lowermost side in the Z-axis direction among the plurality of single cells 110. As shown in FIGS. 2 to 4, four bolt holes 109 are formed in the upper terminal plate 410. Further, four communication holes 108 and four bolt holes 109 are formed in the lower terminal plate 420. The upper terminal plate 410 functions as a positive output terminal of the fuel cell stack 100, and the lower terminal plate 420 functions as a negative output terminal of the fuel cell stack 100. The configuration of the lower terminal plate 420 will be described in detail later.

一対の絶縁シート510,520は、略矩形のシート状の絶縁部材である。絶縁シート510,520は、例えばマイカ、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア等により形成されている。各絶縁シート510,520のZ軸方向における厚さ(シート厚)T1は、0.1mm以上、5mm以下であり、好ましくは、1mm以上、5mm以下である。上側の絶縁シート510は、上側のターミナルプレート410の上方向側に配置されており、下側の絶縁シート520は、下側のターミナルプレート420の下方向側に配置されている。図2から図4に示すように、上側の絶縁シート510には、4つのボルト孔109が形成されている。また、下側の絶縁シート520には、4つの連通孔108と、4つのボルト孔109とが形成されている。下側の絶縁シート520の構成については、後に詳述する。なお、本明細書において、「導電性部材」とは、電気抵抗率が100μΩ・m以下である部材を意味し、「絶縁部材」とは、電気抵抗率が10MΩ・m以上である部材を意味している。 The pair of insulating sheets 510 and 520 are substantially rectangular sheet-shaped insulating members. The insulating sheets 510 and 520 are made of, for example, mica, alumina, silicon nitride, zirconia, or the like. The thickness (sheet thickness) T1 of each of the insulating sheets 510 and 520 in the Z-axis direction is 0.1 mm or more and 5 mm or less, preferably 1 mm or more and 5 mm or less. The upper insulating sheet 510 is arranged on the upper side of the upper terminal plate 410, and the lower insulating sheet 520 is arranged on the lower side of the lower terminal plate 420. As shown in FIGS. 2 to 4, four bolt holes 109 are formed in the upper insulating sheet 510. Further, four communication holes 108 and four bolt holes 109 are formed in the lower insulating sheet 520. The configuration of the lower insulating sheet 520 will be described in detail later. In the present specification, the "conductive member" means a member having an electrical resistivity of 100 μΩ · m or less, and the “insulating member” means a member having an electric resistivity of 10 MΩ · m or more. doing.

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。各エンドプレート104,106のZ軸方向における厚さ(板厚)は、1mm以上、15mm以下である。上側のエンドプレート104は、上側の絶縁シート510の上方向側に配置されており、下側のエンドプレート106は、下側の絶縁シート520の下方向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、一対の絶縁シート510,520と、一対のターミナルプレート410,420と、複数の発電単位102とが押圧された状態で挟持されている。図2から図4に示すように、上側のエンドプレート104には、4つのボルト孔109が形成されている。また、下側のエンドプレート106には、4つの流路用貫通孔107と、4つのボルト孔109とが形成されている。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。 The pair of end plates 104 and 106 are substantially rectangular flat plate-shaped conductive members, and are made of, for example, stainless steel. The thickness (plate thickness) of each of the end plates 104 and 106 in the Z-axis direction is 1 mm or more and 15 mm or less. The upper end plate 104 is arranged on the upper side of the upper insulating sheet 510, and the lower end plate 106 is arranged on the lower side of the lower insulating sheet 520. A pair of insulating sheets 510, 520, a pair of terminal plates 410, 420, and a plurality of power generation units 102 are sandwiched by a pair of end plates 104, 106 in a pressed state. As shown in FIGS. 2 to 4, four bolt holes 109 are formed in the upper end plate 104. Further, the lower end plate 106 is formed with four through holes 107 for flow paths and four bolt holes 109. 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.

(ガス通路部材27等の構成)
図2および図3に示すように、燃料電池スタック100は、さらに、下側のエンドプレート106に対して複数の発電単位102とは反対側(すなわち、下側)に配置された4つのガス通路部材27を備える。4つのガス通路部材27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と上下方向に重なる位置に配置されている。各ガス通路部材27は、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107に連通する孔が形成された本体部28と、本体部28の側面から分岐した筒状の分岐部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。なお、各ガス通路部材27の本体部28とエンドプレート106との間には、絶縁シート26が配置されている。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材等により構成される。
(Structure of gas passage member 27, etc.)
As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell stack 100 further has four gas passages arranged on the opposite side (that is, the lower side) of the plurality of power generation units 102 with respect to the lower end plate 106. A member 27 is provided. The four gas passage members 27 are arranged at positions overlapping 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. Each gas passage member 27 has a main body portion 28 in which a hole communicating with the flow path through hole 107 of the lower end plate 106 is formed, and a tubular branch portion 29 branched from the side surface of the main body portion 28. doing. 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. An insulating sheet 26 is arranged between the main body 28 of each gas passage member 27 and 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 material, or the like.

(発電単位102の構成)
図5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6は、図1(および後述する図7)のVI−VI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5および図6に示すように、発電の最小単位である発電単位102は、燃料電池単セル(以下、単に「単セル」という)110と、セパレータ120と、空気極側フレーム130と、空気極側集電部材134と、燃料極側フレーム140と、燃料極側集電部材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軸方向回りの外周には、上述した各マニホールド161,162,171,172として機能する各連通孔108を構成する孔と、各ボルト孔109を構成する孔とが形成されている。なお、発電単位102は単セル110を備えるため、上述した発電ブロック103は、単セル110が上下方向に複数並べて配置された構造体であるとも表現できる。
(Structure of power generation unit 102)
FIG. 5 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. 6 is a VI-VI of FIG. 1 (and FIG. 7 described later). It is explanatory drawing which shows the YZ cross-sectional structure of two power generation units 102 adjacent to each other at the position of. As shown in FIGS. 5 and 6, the power generation unit 102, which is the minimum unit of power generation, includes a fuel cell single cell (hereinafter, simply referred to as “single cell”) 110, a separator 120, an air electrode side frame 130, and air. It includes a pole-side current collecting member 134, a fuel pole-side frame 140, a fuel pole-side current collecting member 144, and a pair of interconnectors 150 that form the uppermost layer and the lowest layer of the power generation unit 102. On the outer periphery of the separator 120, the air pole side frame 130, the fuel pole side frame 140, and the interconnector 150 around the Z axis direction, holes forming each communication hole 108 functioning as each of the above-mentioned manifolds 161, 162, 171 and 172 are formed. And holes forming each bolt hole 109 are formed. Since the power generation unit 102 includes a single cell 110, the power generation block 103 described above can also be expressed as a structure in which a plurality of single cells 110 are arranged side by side in the vertical direction.

一対のインターコネクタ150は、Z軸方向視で単セル110より大きい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。また、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。また、燃料電池スタック100は一対のターミナルプレート410,420を備えているため、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えておらず、最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていない(図2〜図4参照)。 The pair of interconnectors 150 are substantially rectangular flat plate-shaped conductive members larger than the single cell 110 in the Z-axis direction, and are formed 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. Further, 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. Further, since the fuel cell stack 100 includes a pair of terminal plates 410 and 420, the power generation unit 102 located at the top of the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150 and is located at the bottom. The power generation unit 102 does not include the lower interconnector 150 (see FIGS. 2 to 4).

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、Z軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な層である。電解質層112は、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、Z軸方向視で電解質層112より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。空気極114は、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、Z軸方向視で電解質層112と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極116は、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 flat plate-shaped member that is substantially rectangular in the Z-axis direction, and is a dense layer. The electrolyte layer 112 is formed of, for example, a solid oxide such as YSZ (yttria-stabilized zirconia), ScSZ (scandia-stabilized zirconia), SDC (samarium-doped ceria), GDC (gadrinium-doped ceria), and perovskite-type oxide. There is. The air electrode 114 is a substantially rectangular flat plate-shaped member smaller than the electrolyte layer 112 in the Z-axis direction, and is a porous layer. The air electrode 114 is formed of, for example, a perovskite type oxide (for example, LSCF (lanternstrontium cobalt iron oxide), LSM (lanternstrontium manganese oxide), LNF (lantern nickel iron)). The fuel electrode 116 is a substantially rectangular flat plate-shaped member having substantially the same size as the electrolyte layer 112 in the Z-axis direction, and is a porous layer. The fuel electrode 116 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、ステンレス等の金属材料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、電解質層112(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。なお、単セル110とセパレータ120との接合箇所付近に、空気室166と燃料室176との間をシールするシール部材(例えば、ガラスシール部材)がさらに設けられてもよい。 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, a metal material such as stainless steel. 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 bonded to the electrolyte layer 112 (single cell 110) by a bonding 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. A seal member (for example, a glass seal member) that seals between the air chamber 166 and the fuel chamber 176 may be further provided near the joint between the single cell 110 and the separator 120.

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空気室用孔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。空気極側フレーム130に形成された空気室用孔131によって、空気極114に面する空気室166が構成される。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流路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流路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 air chamber hole 131 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is formed of, for example, an insulator such as mica. 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. .. The air chamber holes 131 formed in the air pole side frame 130 form an air chamber 166 facing the air pole 114. Further, the air electrode side frame 130 electrically insulates between the pair of interconnectors 150 included in the power generation unit 102. Further, the air electrode side frame 130 has an oxidant gas supply communication flow path 132 that communicates the oxidant gas introduction manifold 161 and the air chamber 166, and an oxidant that communicates the air chamber 166 and the oxidant gas discharge manifold 162. A gas discharge communication flow path 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燃料室用孔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。燃料極側フレーム140に形成された燃料室用孔141によって、燃料極116に面する燃料室176が構成される。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流路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流路143とが形成されている。 The fuel electrode side frame 140 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular fuel chamber hole 141 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is formed of, for example, metal. 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. The fuel chamber holes 141 formed in the fuel pole side frame 140 form a fuel chamber 176 facing the fuel pole 116. Further, in the fuel electrode side frame 140, a fuel gas supply communication flow path 142 that communicates the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel chamber 176, and a fuel gas discharge communication flow that communicates the fuel chamber 176 and the fuel gas discharge manifold 172. A road 143 is formed.

燃料極側集電部材144は、燃料室176内に配置されている。燃料極側集電部材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。燃料極側集電部材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149が配置されている。そのため、燃料極側集電部材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、燃料極側集電部材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 collecting member 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 electrode side current collecting member 144 has such a configuration, the fuel electrode 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 collecting member 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 collecting member 144 is established. Well maintained.

空気極側集電部材134は、空気室166内に配置されている。空気極側集電部材134は、複数の略四角柱状の集電部材要素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。空気極側集電部材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。空気極側集電部材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、空気極側集電部材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部材要素135が空気極側集電部材134として機能する。また、空気極側集電部材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と空気極側集電部材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。なお、各発電単位102において、空気極側集電部材134と上側のインターコネクタ150とが別の部材であるとしてもよい。 The air pole side current collecting member 134 is arranged in the air chamber 166. The air electrode side current collecting member 134 is composed of a plurality of substantially square columnar current collecting member elements 135, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The air pole side current collecting member 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 collecting member 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 collecting member 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 collecting member element 135, which is a plurality of convex portions, functions as the air electrode side current collecting member 134. Further, the integrated member of the air electrode side current collecting member 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 collecting member 134. A conductive bonding layer to be bonded may be interposed. In each power generation unit 102, the air electrode side current collecting member 134 and the upper interconnector 150 may be separate members.

A−2.燃料電池スタック100の動作:
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、本体部28、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107、下側の絶縁シート520の連通孔108および下側のターミナルプレート420の連通孔108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流路132を介して、空気室166に供給される。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、本体部28、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107、下側の絶縁シート520の連通孔108および下側のターミナルプレート420の連通孔108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流路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 FIG. 2, when 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. , Oxidizing agent gas OG includes the branch portion 29 of the gas passage member 27, the main body portion 28, the through hole 107 for the flow path of the lower end plate 106, the communication hole 108 of the lower insulating sheet 520, and the lower terminal plate. It is supplied to the oxidant gas introduction manifold 161 through the communication hole 108 of 420, and is supplied from the oxidant gas introduction manifold 161 to the air chamber 166 via the oxidizer gas supply communication flow path 132 of each power generation unit 102. Further, as shown in FIG. 3, when 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. , The fuel gas FG includes a branch portion 29 of the gas passage member 27, a main body portion 28, a through hole 107 for a flow path of the lower end plate 106, a communication hole 108 of the lower insulating sheet 520, and a lower terminal plate 420. It is supplied to the fuel gas introduction manifold 171 through the communication hole 108 of the above, and is supplied from the fuel gas introduction manifold 171 to the fuel chamber 176 via the fuel gas supply communication flow path 142 of each power generation unit 102.

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に含まれる酸素と燃料ガスFGに含まれる水素と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は空気極側集電部材134を介して一方のインターコネクタ150(または上側のターミナルプレート410)に電気的に接続され、燃料極116は燃料極側集電部材144を介して他方のインターコネクタ150(または下側のターミナルプレート420)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ターミナルプレート410,420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, oxygen contained in the oxidant gas OG and hydrogen contained in the fuel gas FG in the single cell 110 are supplied. Power is generated by the electrochemical reaction with. 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 (or the upper terminal plate 410) via the air pole side current collector 134, and the fuel pole 116 is the fuel pole. It is electrically connected to the other interconnector 150 (or the lower terminal plate 420) via the side current collector 144. 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 extracted from the terminal plates 410 and 420 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).

図2に示すように、各発電単位102の酸化剤ガス排出連通流路133を介して空気室166から酸化剤ガス排出マニホールド162に排出された酸化剤オフガスOOGは、下側のターミナルプレート420の連通孔108、下側の絶縁シート520の連通孔108、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107、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、図3に示すように、各発電単位102の燃料ガス排出連通流路143を介して燃料室176から燃料ガス排出マニホールド172に排出された燃料オフガスFOGは、下側のターミナルプレート420の連通孔108、下側の絶縁シート520の連通孔108、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107、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 FIG. 2, the oxidant off-gas OOG discharged from the air chamber 166 to the oxidant gas discharge manifold 162 via the oxidant gas discharge communication flow path 133 of each power generation unit 102 is a terminal plate 420 on the lower side. The communication hole 108, the communication hole 108 of the lower insulating sheet 520, the through hole 107 for the flow path of the lower end plate 106, the main body 28 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas discharge manifold 162, and It is discharged to the outside of the fuel cell stack 100 via the branch portion 29 and a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29. Further, as shown in FIG. 3, the fuel off-gas FOG discharged from the fuel chamber 176 to the fuel gas discharge manifold 172 via the fuel gas discharge communication flow path 143 of each power generation unit 102 communicates with the lower terminal plate 420. The main body 28 and the branch portion of the gas passage member 27 provided at the positions of the hole 108, the communication hole 108 of the lower insulating sheet 520, the through hole 107 for the flow path of the lower end plate 106, and the fuel gas discharge manifold 172. After passing through 29, the fuel is discharged to the outside of the fuel cell stack 100 via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29.

なお、本実施形態の燃料電池スタック100を構成する各発電単位102では、空気室166における酸化剤ガスOGの主たる流れ方向と燃料室176における燃料ガスFGの主たる流れ方向とが、略反対方向(互いに対向する方向)となっている。すなわち、本実施形態の発電単位102(燃料電池スタック100)は、カウンターフロータイプのSOFCである。 In each power generation unit 102 constituting the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the main flow direction of the oxidant gas OG in the air chamber 166 and the main flow direction of the fuel gas FG in the fuel chamber 176 are substantially opposite directions ( The directions are opposite to each other). That is, the power generation unit 102 (fuel cell stack 100) of the present embodiment is a counterflow type SOFC.

A−3.下側のターミナルプレート420および下側の絶縁シート520の詳細構成:
図7は、図4のVII−VIIの位置における下側のターミナルプレート420のXY断面構成を示す説明図である。なお、図7では、便宜上、Z軸方向において、図4のVII−VIIの位置における下側のターミナルプレート420のXY断面とは異なる位置のXY断面に存在する下側の絶縁シート520も図示している。図8は、燃料電池スタック100のXZ断面構成を部分的に示す説明図である。図8は、図4に示す断面のX1部における部分拡大図、すなわち、図1および図7のIV−IVの位置の断面における部分拡大図である。詳しくは、図8には、Z軸方向視におけるボルト22の中心点POを通り、かつ、Z軸方向に平行なXZ断面の構成が示されている。
A-3. Detailed configuration of the lower terminal plate 420 and the lower insulating sheet 520:
FIG. 7 is an explanatory view showing an XY cross-sectional configuration of the lower terminal plate 420 at the position of VII-VII in FIG. Note that, for convenience, FIG. 7 also shows a lower insulating sheet 520 existing in an XY cross section at a position different from the XY cross section of the lower terminal plate 420 at the position of VII-VII in FIG. 4 in the Z-axis direction. ing. FIG. 8 is an explanatory view partially showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100. FIG. 8 is a partially enlarged view of the X1 portion of the cross section shown in FIG. 4, that is, a partially enlarged view of the cross section of the positions IV-IV of FIGS. 1 and 7. Specifically, FIG. 8 shows a configuration of an XZ cross section that passes through the center point PO of the bolt 22 in the Z-axis direction and is parallel to the Z-axis direction.

上述の通り、下側のターミナルプレート420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(図7参照)。また、下側のターミナルプレート420には、酸化剤ガス導入マニホールド161と、酸化剤ガス排出マニホールド162と、燃料ガス導入マニホールド171と、燃料ガス排出マニホールド172とを構成する連通孔108が形成されている。下側のターミナルプレート420には、さらに、Z軸方向回りの外周の4つの角部周辺にボルト孔109が形成されている。また、Y軸方向視において、下側の絶縁シート520における絶縁シート貫通孔522の内周面Siは、Z軸方向と平行な略直線である。換言すると、Y軸方向視において、絶縁シート貫通孔522の内周面Siは、下側の絶縁シート520における上側の表面と直交している。 As described above, the lower terminal plate 420 is a substantially rectangular flat plate-shaped conductive member, and is made of, for example, stainless steel (see FIG. 7). Further, the lower terminal plate 420 is formed with communication holes 108 constituting an oxidant gas introduction manifold 161, an oxidant gas discharge manifold 162, a fuel gas introduction manifold 171 and a fuel gas discharge manifold 172. There is. The lower terminal plate 420 is further formed with bolt holes 109 around four corners on the outer circumference in the Z-axis direction. Further, in the Y-axis direction view, the inner peripheral surface Si of the insulating sheet through hole 522 in the lower insulating sheet 520 is a substantially straight line parallel to the Z-axis direction. In other words, in the Y-axis direction, the inner peripheral surface Si of the insulating sheet through hole 522 is orthogonal to the upper surface of the lower insulating sheet 520.

図7における部分拡大図に示すように、Z軸方向視において、ボルト孔109の略中央には、ボルト22が配置されている。Z軸方向視におけるボルト孔109の中心点は、ボルト22の中心点POと略同じ位置である。ボルト孔109の一部を構成する、下側のターミナルプレート420に形成されたボルト孔109(以下、「ターミナルプレート貫通孔422」ともいう)の孔径D2は、ボルト22の軸部における外径(最大外径)D1より大きい。また、ボルト孔109の一部を構成する、下側の絶縁シート520に形成されたボルト孔109(以下、「絶縁シート貫通孔522」ともいう)の孔径D3は、ボルト22の軸部における外径(最大外径)D1より大きく、かつ、ターミナルプレート貫通孔422の孔径D2より小さい。また、Z軸方向視において、ボルト22の軸部と、ターミナルプレート貫通孔422と、絶縁シート貫通孔522とは、略同心である。すなわち、Z軸方向視において、下側のターミナルプレート420に形成されたターミナルプレート貫通孔422の内周縁Etは、下側の絶縁シート520に形成された絶縁シート貫通孔522の内周縁Eiを取り囲んでいる。ここで、「ターミナルプレート貫通孔422の内周縁Et」は、ターミナルプレート貫通孔422の内周面Stと下側の絶縁シート520の上側表面とが接する点P1を含む縁である。また、「Z軸方向視において、下側のターミナルプレート420に形成されたターミナルプレート貫通孔422の内周縁Etは、下側の絶縁シート520に形成された絶縁シート貫通孔522の内周縁Eiを取り囲んでいる」とは、Z軸方向視において、ターミナルプレート貫通孔422の内周縁Etが、内周縁Etの全周にわたって、絶縁シート貫通孔522の内周縁Eiより外側に位置していることを意味し、内周縁Etと内周縁Eiとが一致することを意味しない。換言すると、Y軸方向視において、下側の絶縁シート貫通孔522の内周面Siは、下側のターミナルプレート貫通孔422の内周面Stからボルト22側へ突出している。 As shown in the partially enlarged view in FIG. 7, the bolt 22 is arranged at substantially the center of the bolt hole 109 in the Z-axis direction. The center point of the bolt hole 109 in the Z-axis direction is substantially the same position as the center point PO of the bolt 22. The hole diameter D2 of the bolt hole 109 (hereinafter, also referred to as “terminal plate through hole 422”) formed in the lower terminal plate 420 forming a part of the bolt hole 109 is the outer diameter (hereinafter, also referred to as “terminal plate through hole 422”) in the shaft portion of the bolt 22. Maximum outer diameter) Larger than D1. Further, the hole diameter D3 of the bolt hole 109 (hereinafter, also referred to as “insulating sheet through hole 522”) formed in the lower insulating sheet 520, which constitutes a part of the bolt hole 109, is outside the shaft portion of the bolt 22. It is larger than the diameter (maximum outer diameter) D1 and smaller than the hole diameter D2 of the terminal plate through hole 422. Further, in the Z-axis direction view, the shaft portion of the bolt 22, the terminal plate through hole 422, and the insulating sheet through hole 522 are substantially concentric. That is, in the Z-axis direction, the inner peripheral edge Et of the terminal plate through hole 422 formed in the lower terminal plate 420 surrounds the inner peripheral edge Ei of the insulating sheet through hole 522 formed in the lower insulating sheet 520. I'm out. Here, the "inner peripheral edge Et of the terminal plate through hole 422" is an edge including a point P1 where the inner peripheral surface St of the terminal plate through hole 422 and the upper surface of the lower insulating sheet 520 are in contact with each other. Further, "in the Z-axis direction, the inner peripheral edge Et of the terminal plate through hole 422 formed in the lower terminal plate 420 is the inner peripheral edge Ei of the insulating sheet through hole 522 formed in the lower insulating sheet 520. "Surrounding" means that the inner peripheral edge Et of the terminal plate through hole 422 is located outside the inner peripheral edge Ei of the insulating sheet through hole 522 over the entire circumference of the inner peripheral edge Et in the Z-axis direction. It does not mean that the inner peripheral edge Et and the inner peripheral edge Ei match. In other words, in the Y-axis direction, the inner peripheral surface Si of the lower insulating sheet through hole 522 projects from the inner peripheral surface St of the lower terminal plate through hole 422 toward the bolt 22 side.

Z軸方向視において、下側のターミナルプレート420におけるターミナルプレート貫通孔422の内周縁Etおよび下側の絶縁シート520における絶縁シート貫通孔522の内周縁Eiは、いずれもボルト22の軸部の全周にわたって離間している。なお、上述の下側のターミナルプレート420の内周面Stとは、下側のターミナルプレート420の表面の内、ボルト22に対向する表面であり、後述の下側の絶縁シート520の内周面Siとは、下側の絶縁シート520の表面の内、ボルト22に対向する表面である。なお、下側のターミナルプレート420におけるターミナルプレート貫通孔422の内周面Stおよび下側の絶縁シート520における絶縁シート貫通孔522の内周面Siは、それらの全ての部分においてボルト22から離間している。また、下側のターミナルプレート420とボルト22との間には、他の部材が介在することなく、下側のターミナルプレート420とボルト22との間の空間は空気(比誘電率1.0)で満たされている。換言すると、ボルト孔109に占める空気の体積の値は、ボルト孔109の体積からボルト22の体積を差し引いた値と同等である。 In the Z-axis direction, the inner peripheral edge Et of the terminal plate through hole 422 in the lower terminal plate 420 and the inner peripheral edge Ei of the insulating sheet through hole 522 in the lower insulating sheet 520 are all the entire shaft portion of the bolt 22. Separated over the circumference. The inner peripheral surface St of the lower terminal plate 420 described above is the surface of the lower terminal plate 420 facing the bolt 22, and is the inner peripheral surface of the lower insulating sheet 520 described later. Si is the surface of the lower insulating sheet 520 facing the bolt 22. The inner peripheral surface St of the terminal plate through hole 422 in the lower terminal plate 420 and the inner peripheral surface Si of the insulating sheet through hole 522 in the lower insulating sheet 520 are separated from the bolt 22 in all of them. ing. Further, the space between the lower terminal plate 420 and the bolt 22 is air (specific dielectric constant 1.0) without any other member intervening between the lower terminal plate 420 and the bolt 22. Is filled with. In other words, the value of the volume of air occupied in the bolt hole 109 is equivalent to the value obtained by subtracting the volume of the bolt 22 from the volume of the bolt hole 109.

図8に示すように、Z軸方向に直交するY軸方向視において、下側のターミナルプレート420のターミナルプレート貫通孔422における内周面Stと、下側の絶縁シート520とは点P1において接している。Y軸方向視において、下側の絶縁シート520の絶縁シート貫通孔522における内周面Siと、下側のエンドプレート106とは端点P3において接している。Y軸方向視において、下側の絶縁シート520の上方向側の表面における点P2は、ボルト22に最も近い点であり、かつ、下側の絶縁シート520の表面における屈曲点である。線L1は、Y軸方向視において、下側の絶縁シート520における絶縁シート貫通孔522の内周面Siに相当する線である。空間距離Daは、線L1上の任意の点Paとボルト22との間のX軸方向における最短距離である。距離Dbは、線L1上の任意の点Paと線L1のZ軸方向における下方向側の端点P3との間の線L1に沿った距離である。なお、図8において、ボルト孔109内に図示された点線は、ターミナルプレート貫通孔422内の空間と絶縁シート貫通孔522内の空間とを示すために便宜上図示された点線である。 As shown in FIG. 8, in the Y-axis direction orthogonal to the Z-axis direction, the inner peripheral surface St of the terminal plate through hole 422 of the lower terminal plate 420 and the lower insulating sheet 520 are in contact with each other at the point P1. ing. In the Y-axis direction view, the inner peripheral surface Si of the insulating sheet through hole 522 of the lower insulating sheet 520 and the lower end plate 106 are in contact with each other at the end point P3. In the Y-axis direction, the point P2 on the upper surface of the lower insulating sheet 520 is the point closest to the bolt 22 and the bending point on the surface of the lower insulating sheet 520. The line L1 is a line corresponding to the inner peripheral surface Si of the insulating sheet through hole 522 in the lower insulating sheet 520 in the Y-axis direction. The spatial distance Da is the shortest distance in the X-axis direction between an arbitrary point Pa on the line L1 and the bolt 22. The distance Db is a distance along the line L1 between an arbitrary point Pa on the line L1 and an end point P3 on the downward side of the line L1 in the Z-axis direction. In FIG. 8, the dotted line shown in the bolt hole 109 is a dotted line shown for convenience to indicate the space in the terminal plate through hole 422 and the space in the insulating sheet through hole 522.

本実施形態の燃料電池スタック100において、上記空間距離Daに対する上記距離Dbの比(Db/Da)は、下側の絶縁シート520を形成する材料の比誘電率の値未満である。本実施形態において、下側の絶縁シート520を形成する材料がマイカであり、マイカの比誘電率が7.0である場合において、上記比(Db/Da)は、7.0未満である。なお、下側の絶縁シート520における絶縁シート貫通孔522によって形成される空間は、空気(比誘電率1.0)で満たされている。また、下側の絶縁シート520を形成する材料が、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニアである場合において、それらの比誘電率は、アルミナでは8.5〜10.0、窒化ケイ素では8.3〜9.6、ジルコニアでは28〜33である。なお、下側の絶縁シート520を形成する材料の比誘電率は、例えば、JIS C2141に準拠して測定することができる。なお、本実施形態の燃料電池スタック100では、図8に示すXZ断面だけでなく、Z軸方向視におけるボルト22の中心点POを通るいずれの断面においても同様の構成となっている。 In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the ratio (Db / Da) of the distance Db to the space distance Da is less than the value of the relative permittivity of the material forming the lower insulating sheet 520. In the present embodiment, when the material forming the lower insulating sheet 520 is mica and the relative permittivity of mica is 7.0, the ratio (Db / Da) is less than 7.0. The space formed by the insulating sheet through hole 522 in the lower insulating sheet 520 is filled with air (relative permittivity 1.0). When the materials forming the lower insulating sheet 520 are alumina, silicon nitride, and zirconia, their relative permittivity is 8.5 to 10.0 for alumina and 8.3 to 9 for silicon nitride. 6.6, 28-33 for zirconia. The relative permittivity of the material forming the lower insulating sheet 520 can be measured according to, for example, JIS C2141. The fuel cell stack 100 of the present embodiment has the same configuration not only in the XZ cross section shown in FIG. 8 but also in any cross section passing through the center point PO of the bolt 22 in the Z-axis direction.

本実施形態の燃料電池スタック100において、各ボルト22の軸部(詳しくは、軸部のねじ山の部分)における外径D1は、4mm以上、14mm以下であり、好ましくは、8mm以上、11mm以下である。また、下側のターミナルプレート420に形成されたターミナルプレート貫通孔422の孔径D2は、6mm以上、16mm以下であり、好ましくは、10mm以上、13mm以下である。また、下側の絶縁シート520に形成された絶縁シート貫通孔522の孔径D3は、5mm以上、15mm以下であり、好ましくは、9mm以上、12mm以下である。また、下側のターミナルプレート貫通孔422におけるボルト22との間の間隙に対する、下側の絶縁シート520における下側のターミナルプレート420からの突出距離の割合は、5%以上であり、好ましくは、20%以上であり、より好ましくは、50%以上である。ここで、下側のターミナルプレート貫通孔422におけるボルト22との間の間隙は、ターミナルプレート貫通孔422の内周縁Etとボルト22の外径D1との間の距離((D2−D1)/2)であり、下側の絶縁シート520における下側のターミナルプレート420からの突出距離は、ターミナルプレート貫通孔422の内周縁Etと絶縁シート貫通孔522の内周縁Eiとの間の距離((D2−D3)/2)である。 In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the outer diameter D1 of the shaft portion (specifically, the threaded portion of the shaft portion) of each bolt 22 is 4 mm or more and 14 mm or less, preferably 8 mm or more and 11 mm or less. Is. The hole diameter D2 of the terminal plate through hole 422 formed in the lower terminal plate 420 is 6 mm or more and 16 mm or less, preferably 10 mm or more and 13 mm or less. The hole diameter D3 of the insulating sheet through hole 522 formed in the lower insulating sheet 520 is 5 mm or more and 15 mm or less, preferably 9 mm or more and 12 mm or less. Further, the ratio of the protrusion distance from the lower terminal plate 420 of the lower insulating sheet 520 to the gap between the bolt 22 and the lower terminal plate through hole 422 is 5% or more, preferably 5% or more. It is 20% or more, more preferably 50% or more. Here, the gap between the bolt 22 in the lower terminal plate through hole 422 is the distance between the inner peripheral edge Et of the terminal plate through hole 422 and the outer diameter D1 of the bolt 22 ((D2-D1) / 2). ), And the protrusion distance from the lower terminal plate 420 of the lower insulating sheet 520 is the distance between the inner peripheral edge Et of the terminal plate through hole 422 and the inner peripheral edge Ei of the insulating sheet through hole 522 ((D2). -D3) / 2).

なお、Z軸方向(配列方向または上下方向)は、特許請求の範囲における第1の方向に相当する。発電ブロック103は、特許請求の範囲における電気化学反応ブロックに相当する。単セル110は、特許請求の範囲における電気化学反応単セルに相当する。下側のターミナルプレート420は、特許請求の範囲におけるターミナル部材に相当する。ターミナルプレート貫通孔422は、特許請求の範囲における第1の貫通孔に相当する。下側の絶縁シート520は、特許請求の範囲における絶縁部材に相当する。絶縁シート貫通孔522は、特許請求の範囲における第2の貫通孔に相当する。下側のエンドプレート106は、特許請求の範囲におけるエンド部材に相当する。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。空間距離Daは、特許請求の範囲における第1の距離に相当する。距離Dbは、特許請求の範囲における第2の距離に相当する。 The Z-axis direction (arrangement direction or vertical direction) corresponds to the first direction in the claims. The power generation block 103 corresponds to an electrochemical reaction block within the scope of the claims. The single cell 110 corresponds to an electrochemical reaction single cell in the claims. The lower terminal plate 420 corresponds to a terminal member within the scope of the claims. The terminal plate through hole 422 corresponds to the first through hole in the claims. The lower insulating sheet 520 corresponds to an insulating member within the scope of the claims. The insulating sheet through hole 522 corresponds to the second through hole in the claims. The lower end plate 106 corresponds to an end member in the claims. The bolt 22 corresponds to a fastening member within the scope of claims. The spatial distance Da corresponds to the first distance in the claims. The distance Db corresponds to the second distance in the claims.

A−4.性能評価:
複数の燃料電池スタック100のサンプルを用いて行った性能評価について、以下説明する。図10は、性能評価(耐電圧値についての評価)の結果を示す説明図である。図10の縦軸は、耐電圧値の比率であり、横軸は、燃料電池スタック100を構成する下側の絶縁シート520とボルト22との間の空間距離Da(mm)である。
A-4. Performance evaluation:
The performance evaluation performed using the samples of the plurality of fuel cell stacks 100 will be described below. FIG. 10 is an explanatory diagram showing the result of performance evaluation (evaluation of withstand voltage value). The vertical axis of FIG. 10 is the ratio of withstand voltage values, and the horizontal axis is the space distance Da (mm) between the lower insulating sheet 520 and the bolt 22 constituting the fuel cell stack 100.

(評価方法)
本性能評価では、以下の構成を有する燃料電池スタック100を用いた。
・ボルト22
材料:ステンレス
・下側のターミナルプレート420
材料:ステンレス
厚さT1:1mm
・下側の絶縁シート520
材料:マイカ(比誘電率7.0)
厚さT1:1.5mm
・下側のエンドプレート106
材料:ステンレス
厚さT1:8mm
・下側の絶縁シート520とボルト22との間の空間距離Da:
0mm,0.15mm,0.3mm,0.5mm,1mm,1.5mm,1.8mm,2mm
(Evaluation method)
In this performance evaluation, a fuel cell stack 100 having the following configuration was used.
Bolt 22
Material: Stainless steel, lower terminal plate 420
Material: Stainless Steel Thickness T1: 1mm
-Lower insulation sheet 520
Material: Mica (relative permittivity 7.0)
Thickness T1: 1.5mm
-Lower end plate 106
Material: Stainless steel Thickness T1: 8mm
-Space distance Da between the lower insulating sheet 520 and the bolt 22:
0mm, 0.15mm, 0.3mm, 0.5mm, 1mm, 1.5mm, 1.8mm, 2mm

(評価結果)
図10において、縦軸の「耐電圧値の比率」は、上記空間距離Daが2mmである構成を有する燃料電池スタック100の耐電圧の測定値を1としたときの、上記空間距離Daが上記各距離(0mm〜1.8mm)である構成を有する燃料電池スタック100の耐電圧の測定値の比率である。なお、「空間距離Daが2mmである構成」とは、ターミナルプレート貫通孔422の孔径D2と絶縁シート貫通孔522の孔径D3とが同じ値である構成を意味している。また、本性能評価に用いた燃料電池スタック100において、Y軸方向視において、絶縁シート貫通孔522の内周面Siは、下側の絶縁シート520における上側の表面と直交している。このため、上記空間距離Daは、Y軸方向視において、下側の絶縁シート520における絶縁シート貫通孔522の内周面Siに相当する上記線L1上のいずれの点Paにおいても、同じ値である。また、下側の絶縁シート520の厚さT1は1.5mmであるため、上記距離Dbは最大で1.5mmである。
(Evaluation results)
In FIG. 10, the vertical axis “ratio of withstand voltage value” is the above space distance Da when the measured value of the withstand voltage of the fuel cell stack 100 having a configuration in which the space distance Da is 2 mm is 1. It is the ratio of the measured value of the withstand voltage of the fuel cell stack 100 having the structure which is each distance (0 mm to 1.8 mm). The “configuration in which the spatial distance Da is 2 mm” means a configuration in which the hole diameter D2 of the terminal plate through hole 422 and the hole diameter D3 of the insulating sheet through hole 522 have the same value. Further, in the fuel cell stack 100 used for the performance evaluation, the inner peripheral surface Si of the insulating sheet through hole 522 is orthogonal to the upper surface of the lower insulating sheet 520 in the Y-axis direction. Therefore, the spatial distance Da has the same value at any point Pa on the line L1 corresponding to the inner peripheral surface Si of the insulating sheet through hole 522 in the lower insulating sheet 520 in the Y-axis direction. is there. Further, since the thickness T1 of the lower insulating sheet 520 is 1.5 mm, the distance Db is 1.5 mm at the maximum.

本性能評価において、耐電圧値の比率は、上記空間距離Daが2mmの点を基点として小さくなるにつれて上昇し、上記空間距離Daが0.3mmの点で最大値を示した。これは、上記空間距離Daが0.3mm〜1.8mmである構成を有する燃料電池スタック100では、上記空間距離Daに対する上記距離Dbの比(Db/Da)が、下側の絶縁シート520を形成する材料であるマイカの比誘電率7.0未満の値であったためと考えられる。一方、上記空間距離Daが0.15mmの点における耐電圧値の比率は、上記空間距離Daが0.3mmの点における耐電圧値の比率と比較して、顕著に低い値を示した。これは、上記空間距離Daが0.15mmである構成を有する燃料電池スタック100では、上記空間距離Daに対する上記距離Dbの比(Db/Da)が、下側の絶縁シート520を形成する材料であるマイカの比誘電率7.0を超える値であったためと考えられる。 In this performance evaluation, the ratio of the withstand voltage value increased as the space distance Da decreased from the point of 2 mm as the base point, and showed the maximum value at the point where the space distance Da was 0.3 mm. This is because, in the fuel cell stack 100 having a configuration in which the space distance Da is 0.3 mm to 1.8 mm, the ratio (Db / Da) of the distance Db to the space distance Da is the lower insulating sheet 520. It is probable that the relative permittivity of mica, which is the material to be formed, was less than 7.0. On the other hand, the ratio of the withstand voltage value at the point where the space distance Da is 0.15 mm shows a significantly lower value than the ratio of the withstand voltage value at the point where the space distance Da is 0.3 mm. This is a material in which the ratio (Db / Da) of the distance Db to the space distance Da in the fuel cell stack 100 having a configuration in which the space distance Da is 0.15 mm forms the lower insulating sheet 520. It is probable that the relative dielectric constant of a certain mica exceeded 7.0.

下側の絶縁シート520とボルト22との間の空間の空気の誘電率は、下側の絶縁シート520を形成する材料であるマイカの誘電率よりも小さいため、上記距離Dbに沿って放電が起こりやすいと考えられる。一方、上記比(Db/Da)がマイカの比誘電率以上の場合には、上記空間距離Daにおいて放電が起こりやすくなると考えられる。 Since the dielectric constant of the air in the space between the lower insulating sheet 520 and the bolt 22 is smaller than the dielectric constant of mica, which is the material forming the lower insulating sheet 520, the discharge occurs along the distance Db. It is thought that it is likely to occur. On the other hand, when the ratio (Db / Da) is equal to or greater than the relative permittivity of mica, it is considered that discharge is likely to occur at the space distance Da.

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は、発電ブロック103と、下側のターミナルプレート420と、下側の絶縁シート520と、下側のエンドプレート106と、ボルト22とを備える。発電ブロック103は、Z軸方向に並べられた複数の単セル110を備える。各単セル110は、電解質層112と、電解質層112を挟んでZ軸方向に互いに対向する空気極114および燃料極116とを含む。下側のターミナルプレート420は、発電ブロック103に対してZ軸方向の下方向側に配置されている。下側のターミナルプレート420には、Z軸方向に貫くターミナルプレート貫通孔422が形成されている。下側のターミナルプレート420は、発電ブロック103に電気的に接続される導電性の部材である。下側の絶縁シート520は、下側のターミナルプレート420に対してZ軸方向の下方向側に配置された絶縁性の部材である。下側の絶縁シート520には、ターミナルプレート貫通孔422に連通し、かつ、Z軸方向に貫く絶縁シート貫通孔522が形成されている。下側のエンドプレート106は、下側の絶縁シート520に対してZ軸方向の下方向側に配置された導電性の部材である。ボルト22は、ターミナルプレート貫通孔422と絶縁シート貫通孔522とに挿入され、かつ、下側のエンドプレート106に係合している導電性の部材である。また、本実施形態の燃料電池スタック100では、Z軸方向視において、下側のターミナルプレート420に形成されたターミナルプレート貫通孔422の内周縁Etは、下側の絶縁シート520に形成された絶縁シート貫通孔522の内周縁Eiを取り囲んでいる。Z軸方向視において、下側の絶縁シート520における絶縁シート貫通孔522の内周縁Eiは、ボルト22から離間している。
A-5. Effect of this embodiment:
As described above, the fuel cell stack 100 of the present embodiment includes a power generation block 103, a lower terminal plate 420, a lower insulating sheet 520, a lower end plate 106, and a bolt 22. .. The power generation block 103 includes a plurality of single cells 110 arranged in the Z-axis direction. Each single cell 110 includes an electrolyte layer 112, and air poles 114 and fuel poles 116 that face each other in the Z-axis direction with the electrolyte layer 112 in between. The lower terminal plate 420 is arranged on the lower side in the Z-axis direction with respect to the power generation block 103. The lower terminal plate 420 is formed with a terminal plate through hole 422 penetrating in the Z-axis direction. The lower terminal plate 420 is a conductive member that is electrically connected to the power generation block 103. The lower insulating sheet 520 is an insulating member arranged on the lower side in the Z-axis direction with respect to the lower terminal plate 420. The lower insulating sheet 520 is formed with an insulating sheet through hole 522 that communicates with the terminal plate through hole 422 and penetrates in the Z-axis direction. The lower end plate 106 is a conductive member arranged on the lower side in the Z-axis direction with respect to the lower insulating sheet 520. The bolt 22 is a conductive member that is inserted into the terminal plate through hole 422 and the insulating sheet through hole 522 and is engaged with the lower end plate 106. Further, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, in the Z-axis direction, the inner peripheral edge Et of the terminal plate through hole 422 formed in the lower terminal plate 420 is insulated formed in the lower insulating sheet 520. It surrounds the inner peripheral edge Ei of the sheet through hole 522. In the Z-axis direction view, the inner peripheral edge Ei of the insulating sheet through hole 522 in the lower insulating sheet 520 is separated from the bolt 22.

本実施形態の燃料電池スタック100では、Z軸方向視において、下側のターミナルプレート420に形成されたターミナルプレート貫通孔422の内周縁Etは、下側の絶縁シート520に形成された絶縁シート貫通孔522の内周縁Eiを取り囲んでいる。すなわち、本実施形態の燃料電池スタック100では、Z軸方向視におけるボルト22の中心点POを通り、かつ、Z軸方向に平行な断面において、下側の絶縁シート520における絶縁シート貫通孔522の内周面Siは、下側のターミナルプレート420におけるターミナルプレート貫通孔422の内周面Stと比較して、ボルト22側へ突出している。このため、下側の絶縁シート520における絶縁シート貫通孔522の内周面Siが、下側のターミナルプレート420におけるターミナルプレート貫通孔422の内周面Stと一致する構成と比較して、下側のターミナルプレート420から下側のエンドプレート106に至るまでの下側の絶縁シート520における沿面距離を大きくすることができる。このため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、下側のターミナルプレート420と下側のエンドプレート106との間の短絡の発生を抑制することができる。 In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, in the Z-axis direction, the inner peripheral edge Et of the terminal plate through hole 422 formed in the lower terminal plate 420 penetrates the insulating sheet formed in the lower insulating sheet 520. It surrounds the inner peripheral edge Ei of the hole 522. That is, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the insulating sheet through hole 522 in the lower insulating sheet 520 passes through the center point PO of the bolt 22 in the Z-axis direction and is parallel to the Z-axis direction. The inner peripheral surface Si projects toward the bolt 22 side as compared with the inner peripheral surface St of the terminal plate through hole 422 in the lower terminal plate 420. Therefore, compared with the configuration in which the inner peripheral surface Si of the insulating sheet through hole 522 in the lower insulating sheet 520 coincides with the inner peripheral surface St of the terminal plate through hole 422 in the lower terminal plate 420, the lower side The creepage distance of the lower insulating sheet 520 from the terminal plate 420 to the lower end plate 106 can be increased. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of a short circuit between the lower terminal plate 420 and the lower end plate 106.

本実施形態の燃料電池スタック100では、Z方向視において、絶縁シート520における絶縁シート貫通孔522の内周縁Eiは、ボルト22から離間している。すなわち、絶縁シート520とボルト22との間には空間が形成されている。このため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、下側のターミナルプレート420とボルト22との間の短絡の発生を抑制することができる。 In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the inner peripheral edge Ei of the insulating sheet through hole 522 in the insulating sheet 520 is separated from the bolt 22 in the Z direction view. That is, a space is formed between the insulating sheet 520 and the bolt 22. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of a short circuit between the lower terminal plate 420 and the bolt 22.

従って、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、下側のターミナルプレート420とボルト22との間の短絡の発生を抑制するとともに、下側のターミナルプレート420と下側のエンドプレート106との間の短絡の発生を抑制することができる。 Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the occurrence of a short circuit between the lower terminal plate 420 and the bolt 22 is suppressed, and the lower terminal plate 420 and the lower end plate 106 are combined. It is possible to suppress the occurrence of a short circuit between them.

上記性能評価で用いた、上記空間距離Daが2mmおよび1.5mmである構成を有する燃料電池スタック100について、電界強度に関するシミュレーションを行った。この結果、上記空間距離Daが1.5mmである構成、すなわち、下側のターミナルプレート420のターミナルプレート貫通孔422の内周面Stから、下側の絶縁シート520の絶縁シート貫通孔522の内周面Siがボルト22側へ突出している構成(以下、「突出構成」ともいう)において、内周面Stと下側の絶縁シート520とが接する点P1における電界強度は0.640e7であった。一方、上記空間距離Daが2mmである構成、すなわち、下側のターミナルプレート420のターミナルプレート貫通孔422の内周面Stと下側の絶縁シート520の絶縁シート貫通孔522の内周面Siとが面一である構成(以下、「面一構成」ともいう)においては、内周面Stと下側の絶縁シート520とが接する点P1における電界強度は0.229e7であった。すなわち、上記突出構成における点P1での電界強度は、上記面一構成における点P1での電界強度と比較して大きいことが示された。これにより、上記突出構成が、上記面一構成と比較して、上記下側のターミナルプレート420と下側のエンドプレート106との間の短絡がより発生しやすい構成であると考えられる。しかしながら、上記性能評価の結果にも示されているように、本実施形態の燃料電池スタック100の構成、すなわち、下側のターミナルプレート420から下側のエンドプレート106に至るまでの下側の絶縁シート520における上記沿面距離を大きくする構成とすることにより、耐電圧値が上昇し、ひいては、上記下側のターミナルプレート420と下側のエンドプレート106との間の短絡がより発生しにくくなると考えられる。 A simulation of the electric field strength was performed for the fuel cell stack 100 having a configuration in which the spatial distance Da is 2 mm and 1.5 mm used in the performance evaluation. As a result, the space distance Da is 1.5 mm, that is, from the inner peripheral surface St of the terminal plate through hole 422 of the lower terminal plate 420 to the inside of the insulating sheet through hole 522 of the lower insulating sheet 520. In the configuration in which the peripheral surface Si protrudes toward the bolt 22 side (hereinafter, also referred to as “protruding configuration”), the electric field strength at the point P1 where the inner peripheral surface St and the lower insulating sheet 520 contact is 0.640e7. .. On the other hand, the above-mentioned spatial distance Da is 2 mm, that is, the inner peripheral surface St of the terminal plate through hole 422 of the lower terminal plate 420 and the inner peripheral surface Si of the insulating sheet through hole 522 of the lower insulating sheet 520. In the configuration in which is flush with each other (hereinafter, also referred to as “plane configuration”), the electric field strength at the point P1 where the inner peripheral surface St and the lower insulating sheet 520 are in contact with each other is 0.229e7. That is, it was shown that the electric field strength at the point P1 in the protruding configuration is larger than the electric field strength at the point P1 in the flush configuration. As a result, it is considered that the protruding configuration is more likely to cause a short circuit between the lower terminal plate 420 and the lower end plate 106 as compared with the flush configuration. However, as shown in the results of the performance evaluation, the configuration of the fuel cell stack 100 of the present embodiment, that is, the lower insulation from the lower terminal plate 420 to the lower end plate 106. It is considered that the withstand voltage value is increased by increasing the creepage distance of the seat 520, and as a result, a short circuit between the lower terminal plate 420 and the lower end plate 106 is less likely to occur. Be done.

(シミュレーション条件)
上記電界強度に関するシミュレーションの条件は、以下の通りである。
・ボルト22
材料:ステンレス(比誘電率1e6)
・下側のターミナルプレート420
材料:ステンレス(比誘電率1e6)
厚さT1:1mm
・下側の絶縁シート520
材料:マイカ(比誘電率7.0)
厚さT1:1.5mm
・下側のエンドプレート106
材料:ステンレス(比誘電率1e6)
厚さT1:8mm
・下側の絶縁シート520とボルト22との間の空間距離Da:
1.5mm,2mm
・各部材における電位
ボルト22:0V
下側のターミナルプレート420:1000V
下側のエンドプレート106:0V
(Simulation conditions)
The conditions of the simulation regarding the electric field strength are as follows.
Bolt 22
Material: Stainless steel (relative permittivity 1e6)
Lower terminal plate 420
Material: Stainless steel (relative permittivity 1e6)
Thickness T1: 1mm
-Lower insulation sheet 520
Material: Mica (relative permittivity 7.0)
Thickness T1: 1.5mm
-Lower end plate 106
Material: Stainless steel (relative permittivity 1e6)
Thickness T1: 8mm
-Space distance Da between the lower insulating sheet 520 and the bolt 22:
1.5mm, 2mm
・ Potential bolt 22: 0V in each member
Lower terminal plate 420: 1000V
Lower end plate 106: 0V

本実施形態の燃料電池スタック100では、Z軸方向視におけるボルト22の中心点POを通り、かつ、Z軸方向に平行なXZ断面において、下側の絶縁シート520における絶縁シート貫通孔522の内周面Siに相当する線L1上の任意の点Paとボルト22との間のZ軸方向に直交するX軸方向における空間距離Daに対する、線L1上の点Paと線L1のZ軸方向における下方向側の端点P3との間の線L1に沿った距離Dbの比(Db/Da)は、下側の絶縁シート520を形成する材料の比誘電率の値未満である。 In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, in the XZ cross section that passes through the center point PO of the bolt 22 in the Z-axis direction and is parallel to the Z-axis direction, the inside of the insulating sheet through hole 522 in the lower insulating sheet 520. In the Z-axis direction of the point Pa on the line L1 and the line L1 with respect to the space distance Da in the X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction between the arbitrary point Pa on the line L1 corresponding to the peripheral surface Si and the bolt 22. The ratio of the distance Db (Db / Da) along the line L1 to the lower end point P3 is less than the value of the relative dielectric constant of the material forming the lower insulating sheet 520.

本実施形態の燃料電池スタック100では、Z軸方向視におけるボルト22の中心点POを通り、かつ、Z軸方向に平行なXZ断面において、上記空間距離Daに対する上記距離Dbの比(Db/Da)は、下側の絶縁シート520を形成する材料の比誘電率の値未満である。ここで、下側の絶縁シート520における下側のターミナルプレート420からの突出距離が大きくなるほど、下側のターミナルプレート420から下側のエンドプレート106に至るまでの下側の絶縁シート520における沿面距離は大きくなり、これにより、燃料電池スタック100の耐電圧は向上する。しかしながら、下側の絶縁シート520における下側のターミナルプレート420からの突出距離が大きくなりすぎると、下側の絶縁シート520とボルト22との間の空間距離Daが十分に確保できない。この結果、燃料電池スタック100において、下側の絶縁シート520とボルト22との間の空間距離Daが十分に確保されていない構成では、下側の絶縁シート520とボルト22との間の空間が十分に確保されず、当該空間に満たされている空気(比誘電率1.0)を介して、下側のターミナルプレート420とボルト22との間の短絡が発生する。具体的には、上記空間距離Daに対する上記距離Dbの比(Db/Da)が、下側の絶縁シート520を形成する材料の比誘電率の値以上となる構成では、下側のターミナルプレート420とボルト22との間の短絡が発生する。一方、本実施形態の燃料電池スタック100では、上記空間距離Daに対する上記距離Dbの比(Db/Da)が、下側の絶縁シート520を形成する材料の比誘電率の値未満となる構成とする。すなわち、本実施形態の燃料電池スタック100では、下側の絶縁シート520とボルト22との間の空間距離Daが十分に確保されている。このため、下側の絶縁シート520とボルト22との間の空間に満たされている空気(比誘電率1.0)を介することにより、下側のターミナルプレート420とボルト22との間で短絡することをより効果的に抑制することができる。 In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the ratio of the distance Db to the space distance Da (Db / Da) in the XZ cross section that passes through the center point PO of the bolt 22 in the Z-axis direction and is parallel to the Z-axis direction. ) Is less than the value of the relative permittivity of the material forming the lower insulating sheet 520. Here, as the protrusion distance of the lower insulating sheet 520 from the lower terminal plate 420 increases, the creepage distance of the lower insulating sheet 520 from the lower terminal plate 420 to the lower end plate 106 Increases, which improves the withstand voltage of the fuel cell stack 100. However, if the protrusion distance of the lower insulating sheet 520 from the lower terminal plate 420 becomes too large, the space distance Da between the lower insulating sheet 520 and the bolt 22 cannot be sufficiently secured. As a result, in the fuel cell stack 100, in the configuration in which the space distance Da between the lower insulating sheet 520 and the bolt 22 is not sufficiently secured, the space between the lower insulating sheet 520 and the bolt 22 is not sufficiently secured. A short circuit occurs between the lower terminal plate 420 and the bolt 22 through the air (relative permittivity 1.0) that is not sufficiently secured and fills the space. Specifically, in a configuration in which the ratio (Db / Da) of the distance Db to the space distance Da is equal to or greater than the value of the relative permittivity of the material forming the lower insulating sheet 520, the lower terminal plate 420 A short circuit occurs between the bolt 22 and the bolt 22. On the other hand, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the ratio (Db / Da) of the distance Db to the space distance Da is less than the value of the relative permittivity of the material forming the lower insulating sheet 520. To do. That is, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, a sufficient space distance Da between the lower insulating sheet 520 and the bolt 22 is secured. Therefore, a short circuit occurs between the lower terminal plate 420 and the bolt 22 through the air (relative permittivity 1.0) filled in the space between the lower insulating sheet 520 and the bolt 22. Can be suppressed more effectively.

従って、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、下側のターミナルプレート420と下側のエンドプレート106との間の短絡の発生を抑制することができるとともに、下側のターミナルプレート420とボルト22との間の短絡の発生をより効果的に抑制することができる。 Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of a short circuit between the lower terminal plate 420 and the lower end plate 106, and the lower terminal plate 420 and the bolt. The occurrence of a short circuit with 22 can be suppressed more effectively.

本実施形態の燃料電池スタック100では、下側の絶縁シート520は、マイカにより形成されている。マイカは、市場において容易かつ安価に入手でき、成形加工性に優れている傾向があるため、燃料電池スタック100を効率的に製造することができる。 In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the lower insulating sheet 520 is formed of mica. Since mica is easily and inexpensively available on the market and tends to be excellent in molding processability, the fuel cell stack 100 can be efficiently manufactured.

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。
B. Modification Examples The techniques disclosed in the present specification are not limited to the above-described embodiments, and can be transformed into various forms without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are also possible. ..

図9に示すように、上記実施形態の燃料電池スタック100において、下側のターミナルプレート420には、下側の絶縁シート520に面する欠損空間425が形成されていてもよい。欠損空間425は、例えば、下側のターミナルプレート420と下側のターミナルプレート420に面する発電単位102の内の燃料極側フレーム140との間を溶接により接合する際に発生する溶接部の一部(ビード)を収めるために形成される。このように、下側のターミナルプレート420に欠損空間425が形成されている構成において、下側のターミナルプレート420のターミナルプレート貫通孔422の内周縁Etは、ターミナルプレート貫通孔422の内周面Stと下側の絶縁シート520の上側表面とが接する点P4を含む縁である。このような構成において、電流は、下側のターミナルプレート420における点P4から、点P2を通って下側のエンドプレート106へ流れると考えられるためである。すなわち、下側のターミナルプレート420に欠損空間425が形成されている構成においても、Z軸方向視において、下側のターミナルプレート420に形成されたターミナルプレート貫通孔422における点P4を含む内周縁Etが、下側の絶縁シート520に形成された絶縁シート貫通孔522の内周縁Eiを取り囲み、かつ、下側の絶縁シート520における絶縁シート貫通孔522の内周縁Eiがボルト22から離間している構成であれば、下側のターミナルプレート420と下側のエンドプレート106との間の短絡の発生を抑制することができる。なお、図9において、ボルト孔109内に図示された点線は、ターミナルプレート貫通孔422内の空間と絶縁シート貫通孔522内の空間とを示すために便宜上図示された点線である。 As shown in FIG. 9, in the fuel cell stack 100 of the above embodiment, the lower terminal plate 420 may be formed with a defective space 425 facing the lower insulating sheet 520. The defective space 425 is, for example, one of the welded portions generated when the lower terminal plate 420 and the fuel electrode side frame 140 in the power generation unit 102 facing the lower terminal plate 420 are joined by welding. Formed to accommodate the bead. In this way, in the configuration in which the defective space 425 is formed in the lower terminal plate 420, the inner peripheral edge Et of the terminal plate through hole 422 of the lower terminal plate 420 is the inner peripheral surface St of the terminal plate through hole 422. The edge including the point P4 where the lower surface of the insulating sheet 520 is in contact with the upper surface of the lower insulating sheet 520. This is because in such a configuration, the current is considered to flow from the point P4 on the lower terminal plate 420 through the point P2 to the lower end plate 106. That is, even in the configuration in which the defective space 425 is formed in the lower terminal plate 420, the inner peripheral edge Et including the point P4 in the terminal plate through hole 422 formed in the lower terminal plate 420 in the Z-axis direction. Surrounds the inner peripheral edge Ei of the insulating sheet through hole 522 formed in the lower insulating sheet 520, and the inner peripheral edge Ei of the insulating sheet through hole 522 in the lower insulating sheet 520 is separated from the bolt 22. With the configuration, it is possible to suppress the occurrence of a short circuit between the lower terminal plate 420 and the lower end plate 106. In FIG. 9, the dotted line shown in the bolt hole 109 is a dotted line shown for convenience to show the space in the terminal plate through hole 422 and the space in the insulating sheet through hole 522.

上記実施形態において、燃料電池スタック100は、略円筒状の絶縁性部材である保護管を備えていても良い。具体的には、保護管は、図4および図8に示すボルト孔109の内周面とボルト22との間に配置される。保護管は、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る。より具体的には、保護管は、ボルト22の軸部の軸周りの外周を全周にわたって囲むとともに、Z軸方向において、上側のエンドプレート104から下側のターミナルプレート420まで延びており、保護管の下方向側の端面は下側の絶縁シート520の上方向側の表面に接する。保護管の厚さは、保護管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、保護管の厚さは、保護管の全長にわたって略均一であることが好ましい。また、保護管の厚さは、ボルト22とボルト孔109の内周面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。保護管は、特許請求の範囲における筒状部材に相当する。このように、燃料電池スタック100が保護管を備えることにより、導電性部材であるターミナルプレート410,420、セパレータ120、燃料極側フレーム140、インターコネクタ10に形成されたボルト孔109とボルト22とが短絡することを抑制することができる。なお、保護管は、略円筒状に限らず、例えば略角筒状等のように筒状であればよい。 In the above embodiment, the fuel cell stack 100 may include a protective tube which is a substantially cylindrical insulating member. Specifically, the protective tube is arranged between the inner peripheral surface of the bolt hole 109 shown in FIGS. 4 and 8 and the bolt 22. The protective tube is formed of an insulating material such as alumina, zirconia, and silicon nitride. More specifically, the protective tube surrounds the outer circumference of the shaft portion of the bolt 22 around the entire circumference, and extends from the upper end plate 104 to the lower terminal plate 420 in the Z-axis direction to protect the bolt 22. The lower end face of the pipe is in contact with the upper surface of the lower insulating sheet 520. The thickness of the protective tube is preferably substantially uniform over the entire circumference of the protective tube around the axis. Further, the thickness of the protective tube is preferably substantially uniform over the entire length of the protective tube. Further, the thickness of the protective tube is preferably 1/3 or more, more preferably 1/2 or more, with respect to the distance in the surface direction between the bolt 22 and the inner peripheral surface of the bolt hole 109. preferable. The protective tube corresponds to a tubular member within the scope of the claims. As described above, when the fuel cell stack 100 is provided with the protective tube, the terminal plates 410 and 420, the separator 120, the fuel electrode side frame 140, and the bolt holes 109 and the bolts 22 formed in the interconnector 10 are provided as conductive members. Can be suppressed from short-circuiting. The protective tube is not limited to a substantially cylindrical shape, and may be a tubular shape such as a substantially square tubular shape.

上記実施形態の燃料電池スタック100において、ボルト22の軸部と、ターミナルプレート貫通孔422と、絶縁シート貫通孔522とは、Z軸方向視において略同心である構成を採用したが、これに限定されない。すなわち、Z軸方向視において、下側のターミナルプレート420に形成されたターミナルプレート貫通孔422の内周縁Etが、下側の絶縁シート520に形成された絶縁シート貫通孔522の内周縁Eiを取り囲んでおり、かつ、下側の絶縁シート520における絶縁シート貫通孔522の内周縁Eiがボルト22から離間していれば、ボルト22の軸部と、ターミナルプレート貫通孔422と、絶縁シート貫通孔522とが、Z軸方向視において略同心でない構成であってもよい。 In the fuel cell stack 100 of the above embodiment, the shaft portion of the bolt 22, the terminal plate through hole 422, and the insulating sheet through hole 522 are substantially concentric in the Z-axis direction, but the configuration is limited to this. Not done. That is, in the Z-axis direction, the inner peripheral edge Et of the terminal plate through hole 422 formed in the lower terminal plate 420 surrounds the inner peripheral edge Ei of the insulating sheet through hole 522 formed in the lower insulating sheet 520. If the inner peripheral edge Ei of the insulating sheet through hole 522 in the lower insulating sheet 520 is separated from the bolt 22, the shaft portion of the bolt 22, the terminal plate through hole 422, and the insulating sheet through hole 522 However, the configuration may not be substantially concentric in the Z-axis direction.

上記実施形態の燃料電池スタック100において、ボルト22の軸部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にナットが螺合している構成であってもよい。また、上記実施形態において、ボルト22の軸部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構成であってもよい。 In the fuel cell stack 100 of the above embodiment, the lower end portion of the shaft portion of the bolt 22 penetrates the lower end plate 106 and protrudes downward, and a nut is formed on the screw portion formed at the protruding lower end portion. It may be a screwed configuration. Further, in the above embodiment, a screw is formed on the outer peripheral surface of the upper end portion of the shaft portion 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 portion of the shaft portion of the bolt 22 may be screwed into the through hole formed in the upper end plate 104.

上記実施形態の燃料電池スタック100において、下側の絶縁シート520における絶縁シート貫通孔522の内周面Siが、Y軸方向視において、Z軸方向と平行な略直線でない構成であってもよい。具体的には、Y軸方向視において、絶縁シート貫通孔522の内周面Siは、内周面Siとボルト22との間の距離が、下方向側に向かうほど小さくなる構成であってもよい。 In the fuel cell stack 100 of the above embodiment, the inner peripheral surface Si of the insulating sheet through hole 522 in the lower insulating sheet 520 may not be a substantially straight line parallel to the Z-axis direction in the Y-axis direction. .. Specifically, in the Y-axis direction view, the inner peripheral surface Si of the insulating sheet through hole 522 has a configuration in which the distance between the inner peripheral surface Si and the bolt 22 becomes smaller toward the downward side. Good.

上記実施形態の燃料電池スタック100において、下側の絶縁シート520の点P2を含む部分が、Y軸方向視において、R形状である構成であってもよい。ただし、燃料電池スタック100において良好な耐電圧を確保する観点から、下側の絶縁シート520の点P2を含む部分は、上記実施形態のように直角形状であることが好ましい。下側のターミナルプレート420から下側のエンドプレート106に至るまでの下側の絶縁シート520における沿面距離が同じである構成であっても、下側の絶縁シート520の点P2を含む部分が直角形状している方が、すなわち、当該点P2の部分で屈曲している方が、より効果的に耐電圧が向上する傾向があるからである。 In the fuel cell stack 100 of the above embodiment, the portion of the lower insulating sheet 520 including the point P2 may have an R shape in the Y-axis direction. However, from the viewpoint of ensuring a good withstand voltage in the fuel cell stack 100, it is preferable that the portion of the lower insulating sheet 520 including the point P2 has a right-angled shape as in the above embodiment. Even if the creepage distance of the lower insulating sheet 520 from the lower terminal plate 420 to the lower end plate 106 is the same, the portion of the lower insulating sheet 520 including the point P2 is at a right angle. This is because the withstand voltage tends to be improved more effectively when the shape is formed, that is, when the portion is bent at the point P2.

上記実施形態において、下側の絶縁シート520の絶縁シート貫通孔522の内周縁Eiは、内周面Siのうち、Z軸方向視において、ボルト22側に最も近い点を含む縁である。 In the above embodiment, the inner peripheral edge Ei of the insulating sheet through hole 522 of the lower insulating sheet 520 is an edge of the inner peripheral surface Si including the point closest to the bolt 22 side in the Z-axis direction.

上記実施形態の燃料電池スタック100において、上側のターミナルプレート410および上側の絶縁シート510の構成に、下側のターミナルプレート420および下側の絶縁シート520と同様の構成が採用されていてもよい。 In the fuel cell stack 100 of the above embodiment, the configuration of the upper terminal plate 410 and the upper insulating sheet 510 may be the same as that of the lower terminal plate 420 and the lower insulating sheet 520.

上記実施形態の燃料電池スタック100における各部材を形成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。 The material forming each member in the fuel cell stack 100 of the above embodiment is merely an example, and each member may be formed of another material.

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号公報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ともに、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、各電解単セル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単セルにおいても、本発明を適用することにより上記効果を得ることができる。 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 utilizes the 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 generates 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 the composition of. 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, hydrogen gas is generated in the fuel chamber 176, and hydrogen is taken out of the electrolytic cell stack through the communication hole 108. The above effect can be obtained by applying the present invention even in an electrolytic single cell having such a configuration.

10:インターコネクタ 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:燃料電池発電単位(発電単位) 103:発電ブロック 104:上側のエンドプレート 106:下側のエンドプレート 107:流路用貫通孔 108:連通孔 109:ボルト孔 110:燃料電池単セル(単セル) 112:電解質層 114:空気極(カソード) 116:燃料極(アノード) 120:セパレータ 121:孔 124:接合部 130:空気極側フレーム 131:空気室用孔 132:酸化剤ガス供給連通流路 133:酸化剤ガス排出連通流路 134:空気極側集電部材 135:集電部材要素 140:燃料極側フレーム 141:燃料室用孔 142:燃料ガス供給連通流路 143:燃料ガス排出連通流路 144:燃料極側集電部材 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 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 410:上側のターミナルプレート 420:下側のターミナルプレート 422:ターミナルプレート貫通孔 425:欠損空間 510:上側の絶縁シート 520:下側の絶縁シート 522:絶縁シート貫通孔 D1:外径 D2:孔径 D3:孔径 Da:空間距離 Db:距離 Ei:内周縁 Et:内周縁 FG:燃料ガス FOG:燃料オフガス L1:線 OG:酸化剤ガス OOG:酸化剤オフガス P1:点 P2:点 P3:端点 P4:点 PO:中心点 Pa:点 Si:内周面 St:内周面 T1:厚さ 10: Interconnector 22: Bolt 26: Insulation sheet 27: Gas passage member 28: Main body 29: Branch 100: Fuel cell stack 102: Fuel cell power generation unit (power generation unit) 103: Power generation block 104: Upper end plate 106 : Lower end plate 107: Through hole for flow path 108: Communication hole 109: Bolt hole 110: Fuel cell single cell (single cell) 112: Electrolyte layer 114: Air electrode (cathode) 116: Fuel electrode (anode) 120 : Separator 121: Hole 124: Joint 130: Air pole side frame 131: Air chamber hole 132: Oxidizing agent gas supply communication flow path 133: Oxidizing agent gas discharge communication flow path 134: Air pole side current collecting member 135: Collection Electrical member element 140: Fuel pole side frame 141: Fuel chamber hole 142: Fuel gas supply communication flow path 143: Fuel gas discharge communication flow path 144: Fuel pole side current collector 145: Electrode facing part 146: Interconnector facing part 147: Connecting part 149: Spacer 150: Interconnector 161: 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 410: Upper terminal Plate 420: Lower terminal plate 422: Terminal plate through hole 425: Defect space 510: Upper insulation sheet 520: Lower insulation sheet 522: Insulation sheet through hole D1: Outer diameter D2: Hole diameter D3: Hole diameter Da: Space Distance Db: Distance Ei: Inner peripheral edge Et: Inner peripheral edge FG: Fuel gas FOG: Fuel off gas L1: Line OG: Oxidizing agent gas OOG: Oxidizing agent off gas P1: Point P2: Point P3: End point P4: Point PO: Center point Pa : Point Si: Inner peripheral surface St: Inner peripheral surface T1: Thickness

Claims (4)

第1の方向に並べられた複数の電気化学反応単セルを備える電気化学反応ブロックであって、各前記電気化学反応単セルは、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む、電気化学反応ブロックと、
前記電気化学反応ブロックに対して前記第1の方向の一方側に配置されたターミナル部材であって、前記第1の方向に貫く第1の貫通孔が形成され、かつ、前記電気化学反応ブロックに電気的に接続された導電性のターミナル部材と、
前記ターミナル部材に対して前記第1の方向の前記一方側に配置された絶縁部材であって、前記第1の貫通孔に連通し、かつ、前記第1の方向に貫く第2の貫通孔が形成された、絶縁性の絶縁部材と、
前記絶縁部材に対して前記第1の方向の前記一方側に配置された導電性のエンド部材と、
前記第1の貫通孔と前記第2の貫通孔とに挿入され、かつ、前記エンド部材に係合している導電性の締結部材と、
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、
前記第1の方向視において、前記ターミナル部材に形成された前記第1の貫通孔の内周縁は、前記絶縁部材に形成された前記第2の貫通孔の内周縁を取り囲み、
前記第1の方向視において、前記絶縁部材における前記第2の貫通孔の内周縁は、前記締結部材から離間しており、
前記第1の方向視における前記締結部材の中心を通り、かつ、前記第1の方向に平行な断面において、前記絶縁部材における前記第2の貫通孔の内周面に相当する第1の線上の任意の点と前記締結部材との間の前記第1の方向に直交する第2の方向における第1の距離に対する、前記第1の線上の前記任意の点と前記第1の線の前記第1の方向における前記一方側の端点との間の前記第1の線に沿った第2の距離の比は、前記絶縁部材を形成する材料の比誘電率の値未満である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
It is an electrochemical reaction block including a plurality of electrochemical reaction single cells arranged in the first direction, and each of the electrochemical reaction single cells is oriented in the first direction with the electrolyte layer and the electrolyte layer interposed therebetween. An electrochemical reaction block, including an air electrode and a fuel electrode facing each other,
A terminal member arranged on one side of the first direction with respect to the electrochemical reaction block, the first through hole penetrating in the first direction is formed, and the electrochemical reaction block has a first through hole. With electrically connected conductive terminal members
An insulating member arranged on one side of the terminal member in the first direction, which communicates with the first through hole and has a second through hole penetrating in the first direction. The formed insulating insulating member and
A conductive end member arranged on one side of the insulating member in the first direction,
A conductive fastening member inserted into the first through hole and the second through hole and engaged with the end member.
In an electrochemical reaction cell stack fastened by the fastening member.
In the first directional view, the inner peripheral edge of the first through hole formed in the terminal member surrounds the inner peripheral edge of the second through hole formed in the insulating member.
In the first directional view, the inner peripheral edge of the second through hole in the insulating member is separated from the fastening member.
On a first line corresponding to the inner peripheral surface of the second through hole in the insulating member in a cross section that passes through the center of the fastening member in the first directional view and is parallel to the first direction. The first of the first line and the arbitrary point on the first line with respect to a first distance in a second direction orthogonal to the first direction between the arbitrary point and the fastening member. The ratio of the second distance along the first line to the one-sided endpoint in the direction of is less than the relative permittivity of the material forming the insulating member.
It is characterized by an electrochemical reaction cell stack.
第1の方向に並べられた複数の電気化学反応単セルを備える電気化学反応ブロックであって、各前記電気化学反応単セルは、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む、電気化学反応ブロックと、
前記電気化学反応ブロックに対して前記第1の方向の一方側に配置されたターミナル部材であって、前記第1の方向に貫く第1の貫通孔が形成され、かつ、前記電気化学反応ブロックに電気的に接続された導電性のターミナル部材と、
前記ターミナル部材に対して前記第1の方向の前記一方側に配置された絶縁部材であって、前記第1の貫通孔に連通し、かつ、前記第1の方向に貫く第2の貫通孔が形成された、絶縁性の絶縁部材と、
前記絶縁部材に対して前記第1の方向の前記一方側に配置された導電性のエンド部材と、
前記第1の貫通孔と前記第2の貫通孔とに挿入され、かつ、前記エンド部材に係合している導電性の締結部材と、
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、
前記第1の方向視において、前記ターミナル部材に形成された前記第1の貫通孔の内周縁は、前記絶縁部材に形成された前記第2の貫通孔の内周縁を取り囲み、
前記第1の方向視において、前記絶縁部材における前記第2の貫通孔の内周縁は、前記締結部材から離間しており、
前記第1の方向視における前記締結部材の中心を通り、かつ、前記第1の方向に平行な断面において、前記絶縁部材における前記第2の貫通孔の内周面に相当する第1の線上の任意の点と前記締結部材との間の前記第1の方向に直交する第2の方向における第1の距離に対する、前記第1の線上の前記任意の点と前記第1の線の前記第1の方向における前記一方側の端点との間の前記第1の線に沿った第2の距離の比は、前記絶縁部材を形成する材料の比誘電率の値未満であり、
前記絶縁部材は、マイカにより形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
It is an electrochemical reaction block including a plurality of electrochemical reaction single cells arranged in the first direction, and each of the electrochemical reaction single cells is oriented in the first direction with the electrolyte layer and the electrolyte layer interposed therebetween. An electrochemical reaction block, including an air electrode and a fuel electrode facing each other,
A terminal member arranged on one side of the first direction with respect to the electrochemical reaction block, the first through hole penetrating in the first direction is formed, and the electrochemical reaction block has a first through hole. With electrically connected conductive terminal members
An insulating member arranged on one side of the terminal member in the first direction, which communicates with the first through hole and has a second through hole penetrating in the first direction. The formed insulating insulating member and
A conductive end member arranged on one side of the insulating member in the first direction,
A conductive fastening member inserted into the first through hole and the second through hole and engaged with the end member.
In an electrochemical reaction cell stack fastened by the fastening member.
In the first directional view, the inner peripheral edge of the first through hole formed in the terminal member surrounds the inner peripheral edge of the second through hole formed in the insulating member.
In the first directional view, the inner peripheral edge of the second through hole in the insulating member is separated from the fastening member.
On a first line corresponding to the inner peripheral surface of the second through hole in the insulating member in a cross section that passes through the center of the fastening member in the first directional view and is parallel to the first direction. The first of the first line and the arbitrary point on the first line with respect to a first distance in a second direction orthogonal to the first direction between the arbitrary point and the fastening member. The ratio of the second distance along the first line to the one end point in the direction of is less than the relative permittivity value of the material forming the insulating member.
The insulating member is formed of mica.
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、
前記ターミナル部材に形成された前記第1の貫通孔には、前記締結部材の軸周りの外周を囲む絶縁性の筒状部材が配置されている、
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.
In the first through hole formed in the terminal member, an insulating tubular member surrounding the outer circumference around the axis of the fastening member is arranged.
It is characterized by an electrochemical reaction cell stack.
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記電気化学反応単セルは、燃料電池単セルである、
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 any one of claims 1 to 3.
The electrochemical reaction single cell is a fuel cell single cell.
It is characterized by an electrochemical reaction cell stack.
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