JP6976872B2 - Fuel cell cell stack device - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池セルスタック装置に関する。特に、原料ガスを改質して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルスタック装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell cell stack device. In particular, the present invention relates to a fuel cell stack device of a solid oxide fuel cell device that generates power by reacting a fuel gas obtained by reforming a raw material gas with an oxidizing agent gas.
固体酸化物形燃料電池装置(Solid Oxide Fuel Cell:以下「SOFC」とも言う)は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付けた燃料電池セルを複数モジュール容器内に配設し、その燃料電池セルの一方の電極(燃料極)に燃料ガスを供給し、他方の電極(空気極)に酸化剤ガス(空気、酸素等)を供給することで発電反応により発電する電力を取り出す装置であり、高分子電解質形燃料電池装置等の他の燃料電池装置に対して、例えば700〜1000℃程度の比較的高温で動作する。 The solid oxide fuel cell (Solid Oxide Fuel Cell: also referred to as "SOFC") uses an oxide ion conductive solid electrolyte as an electrolyte, and a fuel cell with electrodes on both sides thereof is placed in a multi-module container. By disposing and supplying fuel gas to one electrode (fuel electrode) of the fuel cell and supplying oxidizing agent gas (air, oxygen, etc.) to the other electrode (air electrode), power is generated by a power generation reaction. It is a device for extracting electric power, and operates at a relatively high temperature of, for example, about 700 to 1000 ° C., as compared with other fuel cell devices such as a polymer electrolyte fuel cell device.
このような固体酸化物形燃料電池装置に用いる燃料電池セルとして、特許文献1に記載の円筒型単セルや、特許文献2に記載の円筒横縞型などが知られている。
As the fuel cell used in such a solid oxide fuel cell device, the cylindrical single cell described in
ところで、このような固体酸化物形燃料電池装置として、供給する燃料ガスの燃料電池セルにおける高い燃料利用率(Uf)と、高い発電効率が求められている。そこで燃料利用率及び発電効率の向上のため、特許文献3や特許文献4に記載のような燃料電池セル配列を2つのセル群に分割して燃料ガスのカスケード利用を促進した、二段構成のカスケード型燃料電池が提案されている。 By the way, as such a solid oxide fuel cell device, a high fuel utilization rate (Uf) in a fuel cell of a fuel gas to be supplied and a high power generation efficiency are required. Therefore, in order to improve the fuel utilization rate and power generation efficiency, the fuel cell arrangement as described in Patent Document 3 and Patent Document 4 is divided into two cell groups to promote the cascade utilization of fuel gas, which is a two-stage configuration. Cascade type fuel cells have been proposed.
燃料電池装置では、発電に使用されなかったオフガスを燃焼させて改質器を加熱し、改質器において原料ガスを、水素を含む燃料ガスに改質している。このような構成を二段構成の燃料電池に適用しようとする場合には、一次側の燃料電池セルと二次側の燃料電池セルとを並置し、一次側の燃料電池セルの上部に第1のマニホールドを接続し、一次側の燃料電池セル及び二次側の燃料電池セルの下部に第2のマニホールドを接続する構成が考えられる。一次側の燃料電池セルの両端部と第1及び第2のマニホールドとの間は、ガラスシール等の接合部材により気密接続する必要がある。このため、一次側の燃料電池セルは、接合部材を介して第1及び第2のマニホールドに両端拘束された状態となる。 In the fuel cell device, off gas not used for power generation is burned to heat the reformer, and the reformer reforms the raw material gas into a fuel gas containing hydrogen. When applying such a configuration to a fuel cell having a two-stage configuration, the fuel cell on the primary side and the fuel cell on the secondary side are arranged side by side, and the first fuel cell is placed on the upper part of the fuel cell on the primary side. It is conceivable to connect the manifolds of the above and to connect the second manifold to the lower part of the fuel cell on the primary side and the fuel cell on the secondary side. Both ends of the fuel cell on the primary side and the first and second manifolds need to be airtightly connected by a joining member such as a glass seal. Therefore, the fuel cell on the primary side is in a state of being restrained at both ends by the first and second manifolds via the joining member.
しかしながら、このような構成の燃料電池装置において発電時には内部が高温になるため、セルの熱膨張やマニホールドの熱変形が生じ、接合部材の劣化・破損が生じてしまう。これに対して、接合部材として高温で軟性を有する材料を用いると、高温状態において燃料電池セルを支持することができなくなるおそれがある。 However, in a fuel cell device having such a configuration, since the inside becomes hot during power generation, thermal expansion of the cell and thermal deformation of the manifold occur, resulting in deterioration and damage of the joining member. On the other hand, if a material having flexibility at a high temperature is used as the joining member, the fuel cell may not be able to be supported in a high temperature state.
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、高温状態においても、燃料電池セルを確実に支持することができるとともに、ガラスシール等の接合部材の劣化破損を防止できる燃料電池セルスタック装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a fuel cell stacking device capable of reliably supporting a fuel cell even in a high temperature state and preventing deterioration and damage of a joining member such as a glass seal. Is to provide.
本発明の燃料電池セルスタック装置は、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池セルスタック装置であって、内部に長手方向に延びるガス流路を有する柱状の複数の燃料電池セルが、長手方向が鉛直方向になるように並べられた第1のセルスタックと、第1のセルスタックの複数の燃料電池セルの一端に第1の接合部材により気密に固定され、第1のセルスタックの複数の燃料電池セルに燃料ガスを供給するための第1のマニホールドと、第1のセルスタックの複数の燃料電池セルの他端に第2の接合部材により気密に固定され、第1のセルスタックの複数の燃料電池セルのガス流路から排出された燃料ガスを回収するための第2のマニホールドと、を備え、第1の接合部材及び第2の接合部材のうち、第1のセルスタックの複数の燃料電池セルの上端側に位置する上端側接合部材の200〜800℃の所定温度における所定荷重に対する塑性変形量が、第1の接合部材及び第2の接合部材のうち、第1のセルスタックの複数の燃料電池セルの下端側に位置する下端側接合部材の所定温度における所定荷重に対する塑性変形量よりも大きい、ことを特徴とする。 The fuel cell stack device of the present invention is a fuel cell stack device that generates power by the reaction of a fuel gas and an oxidant gas, and has a plurality of columnar fuel cell cells having a gas flow path extending in the longitudinal direction inside. , A first cell stack arranged so that the longitudinal direction is vertical, and a first cell stack that is airtightly fixed to one end of a plurality of fuel cell cells of the first cell stack by a first joining member. A first manifold for supplying fuel gas to the plurality of fuel cell cells of the first cell, and a first cell airtightly fixed to the other end of the plurality of fuel cell cells of the first cell stack by a second joining member. A second manifold for recovering the fuel gas discharged from the gas flow path of the plurality of fuel cell cells of the stack is provided, and the first cell stack of the first joining member and the second joining member is provided. The amount of plastic deformation of the upper end side joining member located on the upper end side of the plurality of fuel cell cells with respect to a predetermined load at a predetermined temperature of 200 to 800 ° C. is the first of the first joining member and the second joining member. It is characterized in that it is larger than the amount of plastic deformation with respect to a predetermined load at a predetermined temperature of the lower end side joining member located on the lower end side of a plurality of fuel cell of the cell stack.
上記構成の本発明によれば、上端側接合部材の所定温度における所定荷重に対する塑性変形量が下端側接合部材の所定温度における所定荷重に対する塑性変形量よりも大きいため、高温状態であっても第1のセルスタックの燃料電池セルが下端側接合部材を介して第2のマニホールドに確実に支持される。また、上端側接合部材の塑性変形量が大きいため、上端側接合部材において、セルの熱膨張やマニホールドの熱変形を吸収することができる。これにより、ガラスシール等の接合部材の劣化破損を防止できる。 According to the present invention having the above configuration, the amount of plastic deformation of the upper end side joining member with respect to a predetermined load at a predetermined temperature is larger than the amount of plastic deformation of the lower end side joining member with respect to a predetermined load. The fuel cell of the cell stack of 1 is reliably supported by the second manifold via the lower end side joining member. Further, since the amount of plastic deformation of the upper end side joining member is large, the upper end side joining member can absorb the thermal expansion of the cell and the thermal deformation of the manifold. This makes it possible to prevent deterioration and damage of the joining member such as the glass seal.
本発明において、好ましくは、上端側接合部材は第1のガラス組成物からなり、下端側接合部材は第2のガラス組成物からなる。
上記構成の本発明によれば、ガラス組成物は気密性が高いため、第1のセルスタックの燃料電池セルと、第1及び第2のマニホールドとを気密に接続することができる。
In the present invention, the upper end side joining member is preferably made of the first glass composition, and the lower end side joining member is made of the second glass composition.
According to the present invention having the above configuration, since the glass composition is highly airtight, the fuel cell of the first cell stack and the first and second manifolds can be airtightly connected to each other.
本発明において、好ましくは、第1のガラス組成物は非晶質である。
上記構成の本発明によれば、第1のガラス組成物に非晶質のガラスを用いることにより、第1のガラス組成物の所定温度における所定荷重に対する塑性変形量を大きくすることができ、セルの熱膨張やマニホールドの熱変形を吸収することができる。
In the present invention, the first glass composition is preferably amorphous.
According to the present invention having the above configuration, by using amorphous glass for the first glass composition, the amount of plastic deformation of the first glass composition with respect to a predetermined load at a predetermined temperature can be increased, and the cell can be increased. It can absorb the thermal expansion of the glass and the thermal deformation of the manifold.
本発明において、好ましくは、さらに、内部に長手方向に延びるガス流路を有する柱状の複数の燃料電池セルが、長手方向が鉛直方向になるように並べられてなり、第1のセルスタックと平行に設けられた第2のセルスタックを備え、第1のセルスタックの複数の燃料電池セルの下端が第2の接合部材により第2のマニホールドに気密に固定されており、第2のセルスタックの複数の燃料電池セルの下端が第2の接合部材により第2のマニホールドに気密に固定されている。
上記構成の本発明によれば、第1のセルスタックの燃料電池セルを接合する接合部材と同じ接合部材により第2のセルスタックの燃料電池セルが第2のマニホールドに固定されているため、第2のマニホールドと第2のセルスタックの燃料電池セルとの接合部にも高い支持機能及び気密性を実現できる。
また、第1のセルスタックと第2のセルスタックとの燃料電池セルのそれぞれを、同一の接合部材により第2のマニホールドと接合するため、接合部材の配置や熱処理の点において工程を簡素化することが可能となる。
In the present invention, preferably, a plurality of columnar fuel cell cells having a gas flow path extending in the longitudinal direction inside are arranged so as to be in the vertical direction in the longitudinal direction, and are parallel to the first cell stack. The lower end of the plurality of fuel cell of the first cell stack is airtightly fixed to the second manifold by the second joining member, and the second cell stack is provided with the second cell stack. The lower ends of the plurality of fuel cell cells are airtightly fixed to the second manifold by the second joining member.
According to the present invention having the above configuration, the fuel cell of the second cell stack is fixed to the second manifold by the same joining member as the joining member for joining the fuel cell of the first cell stack. High support function and airtightness can also be realized at the joint between the manifold of 2 and the fuel cell of the second cell stack.
Further, since each of the fuel cell of the first cell stack and the second cell stack is joined to the second manifold by the same joining member, the process is simplified in terms of arrangement of the joining member and heat treatment. It becomes possible.
本発明において、好ましくは、さらに、第2のセルスタックの上方に第2のセルスタックの複数の燃料電池セルのガス流路の上端から排出される燃料ガスを燃焼させるための燃焼部を備える。
第2のセルスタックの上方に燃焼部が設けられている場合には、第1のマニホールドが燃焼部と隣り合うために燃焼部から熱影響を受ける。このため、第1のマニホールドを構成する部材の熱変形によって、燃料電池セルや燃料電池セルと第1のマニホールドとの接合部に応力が付加されてしまう。これに対して、上記構成の本発明によれば、上端側接合部材の塑性変形量が大きいため、上端側接合部材において、このようなマニホールドの熱変形を吸収することができる。
In the present invention, preferably, a combustion unit for burning the fuel gas discharged from the upper end of the gas flow path of the plurality of fuel cell cells of the second cell stack is provided above the second cell stack.
When the combustion unit is provided above the second cell stack, the first manifold is adjacent to the combustion unit and is therefore thermally affected by the combustion unit. Therefore, due to the thermal deformation of the members constituting the first manifold, stress is applied to the fuel cell or the joint portion between the fuel cell and the first manifold. On the other hand, according to the present invention having the above configuration, since the amount of plastic deformation of the upper end side joining member is large, it is possible to absorb such thermal deformation of the manifold in the upper end side joining member.
本発明によれば、高温状態においても、燃料電池セルを確実に支持することができるとともに、ガラスシール等の接合部材の劣化破損を防止できる燃料電池セルスタック装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell stacking device capable of reliably supporting a fuel cell even in a high temperature state and preventing deterioration and damage of a joining member such as a glass seal.
以下では、本明細書に開示する発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。以下の説明から、当業者にとって、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、以下の説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更することができる。 Hereinafter, embodiments of the invention disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the drawings. From the following description, many improvements and other embodiments of the present invention will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, the following description should be construed as an example only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best aspects of carrying out the present invention. The details of its structure and / or function can be substantially modified without departing from the spirit of the present invention.
以下、本発明の第1実施形態による燃料電池セルスタック装置を説明する。図1は、本発明の第1実施形態による燃料電池セルスタック装置を示す第1のセルスタック側から見た斜視図である。図2は、本発明の第1実施形態による燃料電池セルスタック装置を示す第2のセルスタック側から見た斜視図である。図3は、本発明の第1実施形態による燃料電池セルスタック装置を示す第1のセルスタック側から見た側面図である。図4は、本発明の第1実施形態による燃料電池セルスタック装置を示す第2のセルスタック側から見た側面図である。図5は、本発明の第1実施形態による燃料電池セルスタック装置の上面図である。図6は、本発明の第1実施形態による燃料電池セルスタック装置を構成する第1のセルスタックの部分水平断面図である。図7は、本発明の第1実施形態による燃料電池セルスタック装置を構成する第1のセルスタックに用いられる集電部材を示す斜視図である。図8は、本発明の第1実施形態による燃料電池セルスタック装置の鉛直断面図である。図9は、本発明の第1実施形態による燃料電池セルスタック装置の第1及び第2のセルスタックの上端部の拡大断面図である。図10は、本発明の第1実施形態による燃料電池セルスタック装置の第1及び第2のセルスタックの下端部の拡大断面図である。なお、図2〜図5、図9では仕切り板を省略している。 Hereinafter, the fuel cell stacking device according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a perspective view showing a fuel cell cell stack device according to the first embodiment of the present invention as viewed from the first cell stack side. FIG. 2 is a perspective view showing the fuel cell cell stack device according to the first embodiment of the present invention as viewed from the second cell stack side. FIG. 3 is a side view showing the fuel cell cell stack device according to the first embodiment of the present invention as viewed from the first cell stack side. FIG. 4 is a side view showing the fuel cell cell stack device according to the first embodiment of the present invention as viewed from the second cell stack side. FIG. 5 is a top view of the fuel cell stack device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a partial horizontal sectional view of a first cell stack constituting the fuel cell cell stack device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7 is a perspective view showing a current collecting member used in the first cell stack constituting the fuel cell cell stack device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 8 is a vertical sectional view of the fuel cell stack device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the upper end portions of the first and second cell stacks of the fuel cell cell stack device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of the lower ends of the first and second cell stacks of the fuel cell stack device according to the first embodiment of the present invention. The partition plate is omitted in FIGS. 2 to 5 and 9.
図1〜図9に示すように、燃料電池セルスタック装置100は、第1のセルスタック10aと、複数の柱状(筒状)の燃料電池セル1により構成された第2のセルスタック10bと、第1のセルスタック10aの上方に設けられた第1のマニホールド2aと、第1のセルスタック10a及び第2のセルスタック10bの下方に設けられたマニホールド2bと、第2のセルスタック10bの上方に設けられ、改質触媒が充填された改質部12Bを有する改質器12と、から構成される。改質器12と第1のマニホールド2aとは接続部14を介して流体接続されている。また、第1のセルスタック10aと、第2のセルスタック10bとの間には、仕切り板60が垂下するように設けられている。
As shown in FIGS. 1 to 9, the fuel
また、図8に示すように、燃料電池セルスタック装置100は断熱材90A、90B、90Cにより包囲されている。第1のセルスタック10aに対して仕切り板60の反対側には第1のセルスタック10aに沿うように第1の断熱材90Aが設けられている。第2のセルスタック10bに対して仕切り板60の反対側には第2のセルスタック10bに沿うように第2の断熱材90Bが設けられている。第2のマニホールド2bの下方には第3の断熱材90Cが設けられている。
Further, as shown in FIG. 8, the fuel
第1の断熱材90Aと第1のセルスタック10aとの間には、第1の外側酸化剤ガス排出流路80Aが形成されており、第1のセルスタック10aと仕切り板60との間には第1の内側酸化剤ガス排出流路81Aが形成されている。これら第1の外側酸化剤ガス排出流路80A及び第1の内側酸化剤ガス排出流路81Aを通り酸化剤ガス(空気)が流通する。また、第1の外側酸化剤ガス排出流路80A及び第1の内側酸化剤ガス排出流路81Aの第1のセルスタック10aの燃料電池セル1aの上端よりも低い位置には、上下方向に交互にこれら流路を横方向(紙面に垂直な方向)に閉塞する酸化剤ガス誘導部材82Aが設けられている。
A first outer oxidant gas
第2の断熱材90Bと第2のセルスタック10bとの間には、第2の外側酸化剤ガス排出流路80Bが形成されており、第2のセルスタック10bと仕切り板60との間には第2の内側酸化剤ガス排出流路81Bが形成されている。これら第2の外側酸化剤ガス排出流路80B及び第2の内側酸化剤ガス排出流路81Bを通り酸化剤ガス(空気)が流通する。また、第2の外側酸化剤ガス排出流路80B及び第2の内側酸化剤ガス排出流路81Bの第2のセルスタック10bの燃料電池セル1bの上端よりも低い位置には、上下方向に交互にこれら流路を横方向(紙面に垂直な方向)に閉塞する酸化剤ガス誘導部材82Bが設けられている。
A second outer oxidant gas
断熱材90A、90B、90Cの外周には内側ハウジング92が設けられており、さらに、内側ハウジング92の外周には外側ハウジング94が取り付けらえている。内側ハウジング92と断熱材90との間には排ガス流路96が形成されている。また、内側ハウジング92と外側ハウジング94との間には空気流路98が形成されている。仕切り板60の上端は内側ハウジング92に接続されている。内側ハウジング92の下面に排ガス流路96と連通し、外側ハウジング94の外部まで延びる排ガス排出孔92aが形成されている。また、外側ハウジング94の下面には、空気流路98と連通し、外側ハウジング94の外部まで延びる空気流入孔(図示せず)が形成されている。
An
第1のセルスタック10aは、内部に軸方向に延びるガス流路が形成された複数の柱状の燃料電池セル1aが水平方向(横方向)に一列に配列されてなる。また、第2のセルスタック10bも、第1のセルスタック10aと同様に、内部に軸方向に延びるガス流路が形成された複数の柱状の燃料電池セル1bが水平方向(横方向)に一列に配列されてなる。
The
第1のセルスタック10aを構成するそれぞれの燃料電池セル1aの上端は、第1のマニホールド2aに流体接続されている。また、第1のセルスタック10aを構成するそれぞれの燃料電池セル1aの下端は、第2のマニホールド2bの短辺方向一側に流体接続されている。第2のセルスタック10bを構成するそれぞれの燃料電池セル1bの下端は、第2のマニホールド2bの短辺方向他側に流体接続されている。第2のセルスタック10bを構成するそれぞれの燃料電池セル1bの上端は開放されており、第2のセルスタック10の上端と、改質器12との間には、第2のセルスタック10bから放出されたガスが燃焼される燃焼部18が形成されている。
The upper end of each
改質器12には、原料ガス及び水(又は水蒸気)が供給される。改質器12は、燃焼部18の熱により供給された燃料ガスを、水素を含む燃料ガスに改質する。改質器12により改質された燃料ガスは、接続部14を介して第1のマニホールド2aに供給される。第1のマニホールド2aに供給された燃料ガスは、第1のセルスタック10aを構成する燃料電池セル1aに送られ、燃料電池セル1aの内部流路に下方に向かって流れる。この際、第1のセルスタック10aの燃料電池セル1aにより発電がおこなわれる。
Raw material gas and water (or steam) are supplied to the
第1のセルスタック10aの燃料電池セル1aから排出された燃料ガスは、第2のマニホールド2bにより回収される。第2のマニホールド2bにより回収された燃料ガスは、第2のセルスタック10bを構成する燃料電池セル1bの内部流路に供給され、内部流路を上方に向かって流れる。この際、第2のセルスタック10bの燃料電池セル1bにより発電がおこなわれる。
The fuel gas discharged from the
第2のセルスタック10bの燃料電池セル1bを通過した燃料ガスは、第2のセルスタック10bの上方の燃焼部18に排出される。そして、燃焼部18に排出された発電に使用されなかった燃料ガスは着火され燃焼される。なお、本実施形態では、セル群は1つの第1のセルスタック10aと、1つの第2のセルスタック10bのみを含んで構成されている。しかしながら、第1のセルスタックを2つ以上設けてもよく、第2のセルスタックを2つ以上設けてもよく、第2のセルスタックの下流に第3のセルスタックを設けてもよい。
The fuel gas that has passed through the
図6に示すように、第1のセルスタック10aは、複数の燃料電池セル1aが一列に間隔をあけて並置されており、隣接する燃料電池セル1aの間に集電部材30が配置されて構成されている。これにより、複数の燃料電池セル1aは直列に電気的に接続されている。第2のセルスタック10bは、複数の燃料電池セル1bが一列に間隔をあけて並置されており、隣接する燃料電池セル1bの間に集電部材31が配置されて構成されている。これにより、複数の燃料電池セル1aは直列に電気的に接続されている。また、第1のセルスタック10aの最も外側に位置する燃料電池セル1aに端部集電部材31aが接着されている。また、これと同様に、第2のセルスタック10bの最も外側に位置する燃料電池セル1bに端部集電部材31bが接着されている。燃料電池セルスタック装置100の一方の側において、第1のセルスタック10aの端部集電部材31aは、第2のセルスタック10bの端部集電部材31bと連結集電部材32を介して接続されている。これにより、第1のセルスタック10aを構成する燃料電池セル1aと、第2のセルスタック10bを構成する燃料電池セル1bとは直列接続される。そして、燃料電池セルスタック装置100の他方の側の第1のセルスタック10aの端部集電部材31aと、第2のセルスタック10bの端部集電部材31bとから発電された電流が取り出される。なお、本実施形態では、第1のセルスタック10aを構成する燃料電池セル1aと、第2のセルスタック10bを構成する燃料電池セル1bとは直列接続されているが、並列接続とすることも可能である。柱状の燃料電池セル1aの積層構造について、その一例を以下に説明する。
As shown in FIG. 6, in the
各燃料電池セル1aの内部には、一端から他端へ貫通するガス流路34Aが形成されている。図示するようにガス流路34Aは複数でもよく、単数であってもよい。
燃料電池セル1aは、一対の対向する平坦面を有する柱状の導電性支持基板34と、支持基板34の一方の平坦面上に形成された燃料側電極層36と、燃料側電極層36の外面に形成された固体電解質層38と、固体電解質層38の外面に形成された空気側電極層40と、からなる。また、燃料電池セル1aの他方の平坦面上にはインターコネクタ42が設けられている。
Inside each
The
支持基板34の内部には、軸方向に燃料ガスを流すためのガス流路34Aが両端部の間にわたって形成されている。インターコネクタ42の外面にはP型半導体層44が設けられている。インターコネクタ42は、P型半導体層44を介して、集電部材30に接続させている。
Inside the
燃料側電極層36は、例えば、Niと、CaやY、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Niと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Niと、Sr、Mg、Co、Fe、Cuから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレードとの混合体、の少なくとも一種から形成される。
The fuel
固体電解質層38は、例えば、Y、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Sr、Mgから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。
The
空気側電極層40は、例えば、Sr、Caから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Sr、Co、Ni、Cuから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Sr、Fe、Ni、Cuから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。
The air-
支持基板34としては、燃料ガスが燃料側電極層36まで透過するようにガス透過性を有するように、気孔率の高い導電性セラミックスやサーメット等を用いることができる。
なお、支持基板34の形状は柱状であれば良く、円筒状であってもよい。
As the
The shape of the
P型半導体層44としては、例えば、BサイトにMn、Fe、Coなどが存在するLaMnO3系酸化物、LaFeO3系酸化物、LaCoO3系酸化物などの少なくとも一種からなるP型半導体セラミックスを使用することができる。 The P-type semiconductor layer 44, for example, using B-site in Mn, Fe, LaMnO3-based oxide such as Co is present, LaFeO 3 based oxide, a P-type semiconductor ceramics made of at least one such LaCoO 3 based oxide can do.
インターコネクタ42は、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO3系酸化物)、もしくは、ランタンストロンチウムチタン系のペロブスカイト型酸化物(LaSrTiO3系酸化物)等を用いることができる。
As the
図6及び図7に示すように、集電部材30は間隔をあけて配置された一対の側板30aと、一対の側板30aの間を延びる第1及び第2の突出部材30b1、30b2とを有する。第1の突出部材30b1は、一対の側板30aを結ぶ平面から一方に(図7の紙面奥側)平面視台形状に突出した部材である。複数の第1の突出部材30b1の一対の側板30aを結ぶ平面に平行な平坦面が、隣接する燃料電池セルと対向して接触する第1の主面を形成する。第2の突出部材30b2は、一対の側板30aを結ぶ平面から他方(図7の紙面手間側)に平面視台形状に突出した部材である。複数の第2の突出部材30b2の一対の側板30aを結ぶ平面に平行な平坦面が、隣接する燃料電池セルと対向して接触する第2の主面を形成する。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
集電部材30において、上方から下方に向かって第1の突出部材30b1と、第2の突出部材30b2とが交互に配置されている。また、上方の第2の突出部材30b2と下方の第1の突出部材30b1との間には隙間30cが設けられている。このような構造とすることで、第1の主面と第2の主面との間に酸化剤ガス通路30dが形成され、隙間30cから酸化剤ガス通路30dに流れ込んだ酸化剤ガスが酸化剤通路30dの内部を流動し、さらに隙間30cを通じて燃料電池セル1a、1bのそれぞれの空気極に酸化剤ガスが供給される。また、集電部材30は変形可能な弾性構造体となるため、セルスタックの形成による配列方向両端からの応力、あるいは燃料電池セルの膨張収縮に伴う応力を、吸収し緩和させることができる。なお、第2のセルスタック10b集電部材31は、第1のセルスタック10aの集電部材30と高さが異なるものの、基本構成は同じである。
なお、集電部材30は、Fe−Cr系やFe−Ni系等の合金材料を用いることができ、所定の弾性を確保するために、厚みを例えば0.2〜1.0mmとすると良い。
In the
An alloy material such as Fe—Cr or Fe—Ni can be used for the current collecting
図1、図2、及び、図8に示すように、第1のセルスタック10aと、第2のセルスタック10bとは、それぞれの燃料電池セル1a、1bの配列方向が平行になるように配置されている。
As shown in FIGS. 1, 2, and 8, the
第1のセルスタック10aの構成と、第2のセルスタック10bの構成は、集電部材30、31の高さが異なるものの、その他の構成は同一である。第1のセルスタック10aの集電部材30の長さは、第2のセルスタック10bの集電部材31の長さよりも短く、第1のセルスタック10aの集電部材30の上端は、第2のセルスタック10bの集電部材31の上端よりも低い位置に位置している。そして、第1のセルスタック10aの集電部材30の上端は、第1のマニホールド2aの下面から離間している。後に詳述するが、このように第1のセルスタック10aの集電部材30の上端は、第1のマニホールド2aの下面から離間していることにより、第1の外側酸化剤ガス排出流路80Aと第1の内側酸化剤ガス排出流路81Aとの間での酸化剤ガスの流通が促進される。すなわち、この構成が、第1のセルスタックの両側の間の流通を促進する酸化剤ガス流通促進手段として機能する。
The configuration of the
第2のセルスタック10bを構成する燃料電池セル1bの上方は開放されており、第2のセルスタック10bの上方には燃焼部18が形成されている。燃焼部18では、発電に使用されなかった燃料ガスが燃焼される。
The upper part of the
図1〜図5に示すように、改質器12は、蒸発部12Aと、改質部12Bとを備える。改質器12へは、外部から原料ガスと水が供給管13A,13Bを通じて供給される。蒸発部12Aは、燃焼部18の燃焼熱により水を加熱して水蒸気を生じさせる。
As shown in FIGS. 1 to 5, the
改質部12Bには、混合ガスを改質するための改質触媒が充填されている。改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したものや、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したものが適宜用いられる。改質部12Bは、燃焼部18の燃焼熱により供給された原料ガスを水蒸気を用いて、水素を含む燃料ガスに改質する。改質器12は底面が水平になるように保持されている。改質器12は、第1のマニホールド2aよりも上方に位置している。
The reforming
図9に示すように、第1のマニホールド2aは、中空の筐体22を有し、筐体22の下端面に第1セルスタック10aを構成する燃料電池セル1aの断面形状と略同形状の複数の開口22Aが形成されている。第1セルスタック10aを構成する全ての燃料電池セル1aの上端は、筐体22に形成された開口22Aに接続されている。筐体22の開口22Aの縁には内側に折り返された折り返し部22Bが形成されている。第1のセルスタック10aを構成する燃料電池セル1aの上端は、第1のマニホールド2aの開口22A内に挿入されている。燃料電池セル1aの上端と筐体22の折り返し部22Bとの間の隙間が第1の接合部材24(上端側接合部材)により気密に固定されている。すなわち、第1の接合部材24は、筐体22内に位置しており、燃料電池セル1aの上端は第1のマニホールド2a内で筐体22に接続されている。第1の接合部材24としては、例えば、ガラス組成物、セラミック、ポリマー等を用いることができる。なお、本実施形態では、燃料電池セル1aとの接合部全体が第1のマニホールド2a内に位置しているが、これに限らず、少なくとも一部が第1のマニホールド2a内に位置していればよい。
As shown in FIG. 9, the
接続部14は、改質器12及び第1のマニホールド2aと継ぎ目なく一体に構成されており、互いの内部流路が流体接続されている。また、接続部14は改質器12から第1のマニホールド2aに向かって下方に向かって傾斜するような湾曲形状を有している。
The connecting
図10に示すように、第2のマニホールド2bは、筐体50を有する。筐体50は、下方筐体50aと上方筐体50bとが接続されてなり、内部に空間が形成されている。上方筐体50bには、幅方向両側に長手方向に延びるように第1の開口50cと、第2の開口50dとが幅方向に並ぶように平行に形成されている。第1の開口50cは、第1セルスタック10aを構成する燃料電池セル1aの断面形状と略同形状に形成されている。上方筐体50bの第1の開口50cの縁には内側に折り返された折り返し部50eが形成されている。第1のセルスタック10aを構成する燃料電池セル1aの下端は、上方筐体50bの第1の開口50c内に挿入されている。燃料電池セル1aの下端と上方筐体50bの折り返し部50eとの間の隙間が第2の接合部材25(下端側接合部材)により気密に固定されている。
As shown in FIG. 10, the
また、第2の開口50dは、第2セルスタック10bを構成する燃料電池セル1bの断面形状と略同形状に形成されている。上方筐体50bの第2の開口50dの縁には内側に折り返された折り返し部50fが形成されている。第2のセルスタック10bを構成する燃料電池セル1bの下端は、上方筐体50bの第2の開口50d内に挿入されている。燃料電池セル1bの下端と上方筐体50bの折り返し部50fとの間の隙間は、燃料電池セル1aの下端と開口50cとの間の隙間を接続する接合部材と同じ、第2の接合部材25により気密に接続されている。
Further, the
第1及び第2の接合部材24、25としては、例えば、ガラス組成物、セラミック、ポリマー等を用いることができる。好ましくは、第1及び第2の接合部材24、25は、第1及び第2のガラス組成物により構成されており、より好ましくは、第1のガラス組成物は非晶質ガラスにより構成されている。具体的には、非晶質のガラス組成物としては、SiO2−B2O3−PbO、SiO2−PbO、SiO2−ZnO−PbO、SiO2−ZnO、SiO2−ZnO−RO(Rはアルカリ土類金属、Mg,Ca,Sr,Baの略号)、SiO2−ZrO2−R2O(Rはアルカリ金属、Li,Na,Kの略号)などを用いることができる。また、結晶化ガラスとしては、Li2O−SiO2,Li2O−Al2O3−SiO2,Li2O−RO(R;Mg,Zn)−Al2O3−SiO2,Na2O−Al2O3−SiO2、RO(R;Mg,Zn)−Al2O3−SiO2,RO(R;Mg,Zn)−B2O3−SiO2,(BaO,PbO)−TiO2−Al2O3−SiO2,(PbO,Na2O)−Nb2O5−Al2O3−SiO2等をもちいることができる。
As the first and second joining
このような構成により、第1の接合部材24(上端側接合部材)の200〜800℃の所定温度(例えば、500℃)における所定荷重に対する塑性変形量が、第2の接合部材25(下端側接合部材)の所定温度における所定荷重に対する塑性変形量よりも大きくなっている。なお、この所定温度としては、燃料電池セルにより発電を行っている際の第1の接合部材24及び第2の接合部材25と等しく又は近い値となるように決定すればよい。上記の組成物の種類及び配合を変更することにより、所定温度における所定荷重に対する塑性変形量を調整することができる。
With such a configuration, the amount of plastic deformation of the first joining member 24 (upper end side joining member) with respect to a predetermined load at a predetermined temperature of 200 to 800 ° C. (for example, 500 ° C.) is set to the second joining member 25 (lower end side). It is larger than the amount of plastic deformation of the joint member) with respect to a predetermined load at a predetermined temperature. The predetermined temperature may be determined so as to be equal to or close to the first joining
なお、このような接合部材(ガラス組成物)の所定温度(例えば、500℃)における所定荷重に対する塑性変形量は、以下のようにして比較することができる。
図11は、接合部材の塑性変形量を測定するための装置を示す構成図である。接合部材の塑性変形量を測定する際には、熱機械分析装置を用いる。熱機械分析装置とは、試料の温度を一定のプログラムによって変化させながら、圧縮、引張り、曲げなどの非振動的荷重を加えてその物質の変形を温度又は時間の関数として測定する装置であり、市販の装置を用いることができる。
The amount of plastic deformation of such a joining member (glass composition) with respect to a predetermined load at a predetermined temperature (for example, 500 ° C.) can be compared as follows.
FIG. 11 is a block diagram showing an apparatus for measuring the amount of plastic deformation of the joining member. A thermomechanical analyzer is used to measure the amount of plastic deformation of the joined member. A thermomechanical analyzer is a device that measures the deformation of a substance as a function of temperature or time by applying non-oscillating loads such as compression, tension, and bending while changing the temperature of the sample by a constant program. Commercially available equipment can be used.
図11に示すように、熱機械分析装置は、試料皿201とプローブ202とを備える。接合部材の塑性変形量を測定するためには、まず、熱機械分析装置の試料皿201上に平板状の冶具203を設置し、この冶具203上に測定対象の試料(ガラス組成物)200を配置する。そして、これら試料200及び冶具203を覆うように、鉛直に延びる開口204Aを有する冶具204を配置する。次に、この冶具204の開口204A内に芯材205(例えば、2H、Φ0.5のシャープペンシルの芯)を配置する。このような状態で、熱機械分析装置により試料200を所定温度まで加熱する。そして、プローブ202を下降させて芯材205を介して試料200に所定の荷重(例えば、0.5N)を印加し、この際のプローブ202の変位を測定する。そして、接合部材ごとの測定された変位を比較することにより、所定荷重に対する塑性変形量を比較することができる。
As shown in FIG. 11, the thermomechanical analyzer includes a
仕切り板60は、例えば、ステンレス等の耐熱性を有する中空の板材からなり、内部に空気(酸化剤ガス)を供給するために酸化剤ガス供給流路60aが形成されている。仕切り板60の下端部には下端噴出孔60bが形成されている。仕切り板60の上端は内側ハウジング92の上面に接続されており、酸化剤ガス供給流路60aは空気流路98と連通している。これにより、酸化剤ガス供給流路60aには、空気流路98を介して上端から発電用空気が供給され、下端噴出孔60bから放出される。仕切り板60は、改質器12よりも上方の高さ位置から下端が第1のセルスタック10a及び第2のセルスタック10bの下端部近傍まで上下方向に延びている。これにより、仕切り板60は、第1のマニホールド2aと第1のセルスタック10aとの接続部と、燃焼部18との間を仕切り、熱影響を低減することができる。
The
以下、本実施形態の燃料電池セルスタック装置100における燃料ガス及び水(水蒸気)と、発電用空気の流れについて説明する。
原料ガス及び水(水蒸気)は、燃料電池セルスタック装置100に供給管13A,13Bを通じて外部から改質器12に供給される。改質器12に供給された水は改質器12の蒸発部12Aにおいて燃焼部18の熱により蒸発される。そして、原料ガス及び水蒸気は改質部12Bへ送られる。原料ガス及び水蒸気は、改質部12Bにおいて燃焼部18の熱により、水素を含む燃料ガスに改質される。
Hereinafter, the fuel gas and water (steam) and the flow of power generation air in the fuel
The raw material gas and water (steam) are supplied to the fuel
改質器12において改質された燃料ガスは、接続部14を介して第1のマニホールド2aに供給される。第1のマニホールド2aに供給された燃料ガスは、第1のセルスタック10aを構成するそれぞれの燃料電池セル1aの内部流路に上端から送り込まれる。燃料ガスは、燃料電池セル1aの上端から下端に向かって流通し、下端から第2のマニホールド2b内に放出される。この際、それぞれの燃料電池セル1aは発電を行う。
The reformed fuel gas in the
第2のマニホールド2bに流れ込んだ燃料ガスは、第2のセルスタック10bを構成する燃料電池セル1bの内部流路に下端から送られる。燃料電池セル1bに送り込まれた燃料ガスは内部流路内を下端から上端に向かって流れる。この際、それぞれの燃料電池セル1bは発電を行う。
The fuel gas that has flowed into the
第2のセルスタック10bを構成する燃料電池セル1bを通過した、発電に使用されなかった燃料ガスは、燃料電池セル1bの上端から燃焼部18に放出される。燃焼部18に放出された燃料ガスは燃焼され、その際に発生する熱は改質器12を加熱するのに用いられる。
The fuel gas that has passed through the
燃料ガスを燃焼部18で燃焼して発生した排ガスは上方に向かって上昇する。そして、排ガスは、排ガス流路96を下方に向かって流れる。この際、排ガス流路96を流れる排ガスと、空気流路98を流れる発電用空気との間で熱交換が行われ、発電用空気を加熱することができる。そして、排ガスは排ガス排出孔92aから外側ハウジング94の外部に排出される。
The exhaust gas generated by burning the fuel gas in the
次に、発電用空気は、外部から空気流入孔を通じて空気流路98に送り込まれる。空気流路98内に送り込まれた空気は空気流路98を上方に向かって流れる。この際、排ガス流路96を流れる排ガスと熱交換が行われ、空気は加熱される。空気流路98の上部まで到達した空気は、仕切り板60の上端から酸化剤ガス供給流路60aに送られる。
Next, the power generation air is sent from the outside to the
酸化剤ガス供給流路60aに送り込まれた発電用空気は、下端噴出孔60bを通じて、第1及び第2の内側酸化剤ガス排出流路81A、81Bに排出される。そして、酸化剤ガスは、第1及び第2の内側酸化剤ガス排出流路81A、81Bと、第1及び第2の外側酸化剤ガス排出流路80A、80Bと、を通じて上方に移動する。この際、これら排出流路には酸化剤ガス誘導部材82A、82Bが設けられているため、酸化剤ガスは、図8に矢印で示すように、第1及び第2のセルスタック10a、10bの集電部材30、31の酸化剤ガス通路30dを通じて、隣接する燃料電池セル1a、1bの間を通り、第1及び第2の内側酸化剤ガス排出流路81A、81Bと第1及び第2の外側酸化剤ガス排出流路80A、80Bとの間で流通する。また、第1のセルスタック10aの上端部(図8のA部)には、集電部材30が設けられていない。このため、酸化剤ガスは第1のセルスタック10aの上端部で停滞することなく、排ガス流路96へ流れこむ。
The power generation air sent into the oxidant gas
本実施形態によれば、以下の作用効果が奏される。
本実施形態では、第1の接合部材24の所定温度における所定荷重に対する塑性変形量が第2の接合部材25の所定温度における所定荷重に対する塑性変形量よりも大きいため、高温状態であっても第1のセルスタック10aの燃料電池セル1aが第2の接合部材25を介して第2のマニホールド2bに確実に支持される。また、第1の接合部材24の塑性変形量が大きいため、第1の接合部材24において、燃料電池セル1aの熱膨張やマニホールドの熱変形を吸収することができる。これにより、ガラスシール等の接合部材の劣化破損を防止できる。
According to this embodiment, the following effects are exhibited.
In the present embodiment, the amount of plastic deformation of the first joining
また、本実施形態では、第1の接合部材24と第2の接合部材25がガラス組成物からなる。ガラス組成物は気密性が高いため、本実施形態によれば、第1のセルスタック10aの燃料電池セル1aと、第1及び第2のマニホールド2a、2bとを気密に接続することができる。
Further, in the present embodiment, the first joining
また、本実施形態では、第1の接合部材24に非晶質のガラスを用いることにより、第1の接合部材24を構成するガラス組成物の所定温度における所定荷重に対する塑性変形量を大きくすることができ、燃料電池セル1aの熱膨張やマニホールドの熱変形を吸収することができる。
Further, in the present embodiment, by using amorphous glass for the first joining
第1のセルスタック10aの燃料電池セル1aを接合する接合部材25と同じ接合部材25により第2のセルスタック10bの燃料電池セル1bが第2のマニホールド2bに固定されているため、第2のマニホールド2bと第2のセルスタック10bの燃料電池セル1bとの接合部にも高い支持機能及び気密性を実現できる。
Since the
第2のセルスタック10bの上方に第2のセルスタック10bの複数の燃料電池セル1bのガス流路の上端から排出される燃料ガスを燃焼させるための燃焼部18を備える。このように、第2のセルスタック10bの上方に燃焼部18が設けられている場合には、第1のマニホールド2bに対して大きな熱変形が加わる。これに対して、本実施形態によれば、第1の接合部材24の塑性変形量が大きいため、第1の接合部材24において、このような第1のマニホールド2bの熱変形を吸収することができる。
Above the
なお、本発明の燃料電池セルスタック装置の構成は上記の構成に限られない。図12は、本発明の第2実施形態による燃料電池セルスタック装置を示す鉛直断面図である。第2実施形態では、第1及び第2のマニホールドの構成が第1実施形態と異なっている。
図12に示すように、第2実施形態の燃料電池セルスタック装置101において、第1のマニホールド102aは、筐体部材122と、枠体124と、を備える。第1実施形態と同様に、第1のマニホールド102aは改質器12と一体に形成されている。筐体部材122は、略長方形状の天板122aと、天板122aの周囲に立設された側板122bと、側板122bの下方を塞ぐ下板122cとを備える。下板122cには、幅方向両側に長手方向に延びるように開口122dが形成されている。また、下板122cには開口122dの両側に凹部122eが形成されており、開口122dの縁には下方に延びる折り返し部122fが形成されている。
The configuration of the fuel cell stack device of the present invention is not limited to the above configuration. FIG. 12 is a vertical sectional view showing a fuel cell stack device according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the configurations of the first and second manifolds are different from those in the first embodiment.
As shown in FIG. 12, in the fuel
枠体124は、矩形状の底部124aと、底部124aの周囲に立設された側板124bと、を備える。底部124aには開口124cが形成されており、底部124aの開口124cの縁には上方に延びる折り返し部124dが形成されている。開口124cは、第1セルスタック10aの燃料電池セル1aの断面形状と略同形状に形成されている。
The
第1のセルスタック10aの燃料電池セル1aの上端部は、燃料電池セル1aの上端が枠体124の折り返し部124dの上端と同じ高さとなるように、枠体124の開口124c内に挿入されている。燃料電池セル1aの上端部が、枠体124の折り返し部124dの上端部にセル接合部材126aにより気密に接続されることにより、枠体124と燃料電池セル1aとが接続されている。また、枠体124の側板124bの上端が筐体部材122の凹部122e内に配置されている。そして、凹部122eの側面と枠体124の側板124bの上端部外面との間が枠体接合部材126bにより気密に接続されることにより、枠体124と筐体部材122とが接続されている。セル接合部材126aと枠体接合部材126bとは、好ましくは、同じ材料であり、例えば、ガラス組成物、セラミック、ポリマー等を用いることができる。
The upper end of the
第2のマニホールド102bは、筐体部材150と、第1の枠体152と、第2の枠体154とを備える。筐体部材150は、略長方形状の底板150aと、底板150aの周囲に立設された側板150bと、側板150bの上方を塞ぐ、筐体部材150の上面である天板150cとを備える。天板150cには、幅方向両側に長手方向に延びるように第1の開口150d1と、第2の開口150d2とが幅方向に並ぶように平行に形成されている。第1の開口150d1及び第2の開口150d2の周囲にはそれぞれ第1の凹部150e1及び第2の凹部150e2が形成されている。また、第1の開口150d1及び第2の開口150d2の縁には、上方に延びる第1の折り返し部150f1及び第2の折り返し部150f2がそれぞれ形成されている。
The
第1の枠体152は、矩形状の上部152aと、上部152aの外周から下方に向けて延びる側板152bと、を備え、上部152aには開口152cが形成されている。また、開口152cの縁には下方に延びる折り返し部152dが形成されている。開口152cは、第1のセルスタック10aの燃料電池セル1aの断面形状と略同形状に形成されている。
The
第2の枠体154は、矩形状の上部154aと、上部154aの外周から下方に向けて延びる側板154bと、を備え、上部154aには開口154cが形成されている。また、開口154cの縁には下方に延びる折り返し部154dが形成されている。開口154cは、第2のセルスタック10bの燃料電池セル1bの断面形状と略同形状に形成されている。
The
第1のセルスタック10aの燃料電池セル1aの下端部は、燃料電池セル1aの下端が第1の枠体152の折り返し部152dの下端と同じ高さとなるように、第1の枠体152の開口152c内に挿入されている。燃料電池セル1aの下端部が、第1の枠体152の折り返し部152dの下端部に第1のセル接合部材156a1により気密に接続されることにより、第1の枠体152と燃料電池セル1aとが接続されている。また、第1の枠体152の側板152bの下端が筐体部材150の第1の凹部150e1内に配置されている。そして、第1の凹部150e1の側面と枠体152の側板152bの下端部外面との間が第1の枠体接合部材156b1により気密に接続されることにより、第1の枠体152と筐体部材150とが接続されている。
The lower end of the
第2のセルスタック10bの燃料電池セル1bの下端部は、燃料電池セル1bの下端が第2の枠体154の折り返し部154dの下端と同じ高さとなるように、第2の枠体154の開口152c内に挿入されている。燃料電池セル1bの下端部が、第2の枠体154の折り返し部154dの下端部に第2のセル接合部材156b1により気密に接続されることにより、第2の枠体154と燃料電池セル1bとが接続されている。また、第2の枠体154の側板154bの下端が筐体部材150の第2の凹部150e2内に配置されている。そして、第2の凹部150e2の側面と枠体154の側板154bの下端部外面との間が第2の枠体接合部材156b2により気密に接続されることにより、第2の枠体154と筐体部材150とが接続されている。第1のセル接合部材156a1及び第1の枠体接合部材156b1と、第2のセル接合部材156b1及び第2の枠体接合部材156b2は、好ましくは、同じ材料であり、例えば、ガラス組成物、セラミック、ポリマー等を用いることができる。
The lower end of the
第1実施形態と同様に、セル接合部材126a及び枠体接合部材126b(上端側接合部材)の200〜800℃の所定温度(例えば、500℃)における所定荷重に対する塑性変形量が、第1のセル接合部材156a1及び第1の枠体接合部材156b1(下端側接合部材)の所定温度における所定荷重に対する塑性変形量よりも大きくなっている。
Similar to the first embodiment, the amount of plastic deformation of the
本実施形態によっても第1実施形態と同様の作用効果が奏される。 This embodiment also has the same effect as that of the first embodiment.
1a 第1の燃料電池セル
1b 第2の燃料電池セル
2a 第1のマニホールド
2b 第2のマニホールド
10a 第1のセルスタック
10b 第2のセルスタック
12A 蒸発部
12B 改質部
13A 供給管
14 接続部
18 燃焼部
22 筐体
22A 開口
22B 折り返し部
24 第1の接合部材
25 第2の接合部材
30 集電部材
30a 側板
30b1 第1の突出部材
30b2 第2の突出部材
30c 隙間
30d 酸化剤ガス通路
31 集電部材
31a 端部集電部材
31b 端部集電部材
32 連結集電部材
34 支持基板
34 導電性支持基板
34A ガス流路
36 燃料側電極層
38 固体電解質層
40 空気側電極層
42 インターコネクタ
44 P型半導体層
50 筐体
50a 下方筐体
50b 上方筐体
50c 第1の開口
50d 第2の開口
50e 凹部
50f 折り返し部
60 仕切り板
60a 酸化剤ガス供給流路
60b 下端噴出孔
80A 第1の外側酸化剤ガス排出流路
80B 第2の外側酸化剤ガス排出流路
81A 第1の内側酸化剤ガス排出流路
81B 第2の内側酸化剤ガス排出流路
82A、82B 酸化剤ガス誘導部材
0A 第1の断熱材
90B 第2の断熱材
90C 第3の断熱材
92 内側ハウジング
92a 排ガス排出孔
94 外側ハウジング
96 排ガス流路
98 空気流路
100 燃料電池セルスタック装置
101 燃料電池セルスタック装置
102a 第1のマニホールド
102b マニホールド
122 筐体部材
122a 天板
122b 側板
122c 下板
122d 開口
122e 凹部
122f 折り返し部
124 枠体
124a 底部
124b 側板
124c 開口
124d 折り返し部
126a セル接合部材
126b 枠体接合部材
150 筐体部材
150a 底板
150b 側板
150c 天板
150d1 第1の開口
150d2 第2の開口
150e1 第1の凹部
150e2 第2の凹部
150f1 第1の折り返し部
150f2 第2の折り返し部
152 第1の枠体
152a 上部
152b 側板
152c 開口
152d 折り返し部
154 第2の枠体
154a 上部
154b 側板
154c 開口
154d 折り返し部
156a 第1のセル接合部材
156b 第2のセル接合部材
156b1 第1の枠体接合部材
156b2 第2の枠体接合部材
200 試料
201 試料皿
202 プローブ
203 冶具
204 冶具
204A 開口
205 芯材
1a 1st fuel cell 1b 2nd fuel cell 2a 1st manifold 2b 2nd manifold 10a 1st cell stack 10b 2nd cell stack 12A Evaporation part 12B Modification part 13A Supply pipe 14 Connection part 18 Burning part 22 Housing 22A Opening 22B Folded part 24 First joining member 25 Second joining member 30 Current collecting member 30a Side plate 30b1 First protruding member 30b2 Second protruding member 30c Gap 30d Oxidizing agent gas passage 31 Current collecting Member 31a End current collector 31b End current collector 32 Connected current collector 34 Support substrate 34 Conductive support substrate 34A Gas flow path 36 Fuel side electrode layer 38 Solid electrolyte layer 40 Air side electrode layer 42 Interconnector 44 P type Semiconductor layer 50 Housing 50a Lower housing 50b Upper housing 50c First opening 50d Second opening 50e Recess 50f Folded part 60 Partition plate 60a Oxidizing agent gas supply flow path 60b Lower end ejection hole 80A First outer oxidizing agent gas Discharge flow path 80B Second outer oxidant gas discharge flow path 81A First inner oxidant gas discharge flow path 81B Second inner oxidant gas discharge flow path 82A, 82B Oxidizer gas induction member 0A First heat insulating material 90B Second insulation 90C Third insulation 92 Inner housing 92a Exhaust exhaust hole 94 Outer housing 96 Exhaust flow path 98 Air flow path 100 Fuel cell cell stack device 101 Fuel cell cell stack device 102a First manifold 102b Manifold 122 Housing member 122a Top plate 122b Side plate 122c Lower plate 122d Opening 122e Recess 122f Folded part 124 Frame 124a Bottom 124b Side plate 124c Opening 124d Folded part 126a Cell joining member 126b Frame joining member 150 Housing member 150a Bottom plate 150b Side plate 150c Top plate 150d1 First opening 150d2 Second opening 150e1 First recess 150e2 Second recess 150f1 First folded part 150f2 Second folded part 152 First frame 152a Upper 152b Side plate 152c Opening 152d Folded part 154 Second Frame 154a Upper 154b Side plate 154c Opening 154d Folded part 156a First cell joining member 156b Second cell joining member 156b1 First frame joining member 156b2 Second frame joining member 200 Sample 201 Sample dish 202 Probe 203 Jig Tool 204 Jig Tool 204A Aperture 205 core material
Claims (5)
内部に長手方向に延びるガス流路を有する柱状の複数の燃料電池セルが、前記長手方向が鉛直方向になるように並べられた第1のセルスタックと、
前記第1のセルスタックの複数の燃料電池セルの一端に第1の接合部材により気密に固定され、前記第1のセルスタックの複数の燃料電池セルに燃料ガスを供給するための第1のマニホールドと、
前記第1のセルスタックの複数の燃料電池セルの他端に第2の接合部材により気密に固定され、前記第1のセルスタックの複数の燃料電池セルのガス流路から排出された燃料ガスを回収するための第2のマニホールドと、を備え、
前記第1の接合部材及び前記第2の接合部材のうち、前記第1のセルスタックの複数の燃料電池セルの上端側に位置する上端側接合部材の200〜800℃の所定温度における所定荷重に対する塑性変形量が、前記第1の接合部材及び前記第2の接合部材のうち、前記第1のセルスタックの複数の燃料電池セルの下端側に位置する下端側接合部材の前記所定温度における前記所定荷重に対する塑性変形量よりも大きい、ことを特徴とする燃料電池セルスタック装置。 A fuel cell stack device that generates electricity by the reaction of fuel gas and oxidant gas.
A first cell stack in which a plurality of columnar fuel cell cells having a gas flow path extending in the longitudinal direction are arranged so as to be vertically oriented in the longitudinal direction.
A first manifold that is airtightly fixed to one end of a plurality of fuel cell cells of the first cell stack by a first joining member to supply fuel gas to the plurality of fuel cell cells of the first cell stack. When,
The fuel gas that is airtightly fixed to the other end of the plurality of fuel cell cells of the first cell stack by the second joining member and discharged from the gas flow path of the plurality of fuel cell cells of the first cell stack. With a second manifold for recovery,
Of the first joining member and the second joining member, the upper end side joining member located on the upper end side of the plurality of fuel cell of the first cell stack with respect to a predetermined load at a predetermined temperature of 200 to 800 ° C. The predetermined amount of plastic deformation is the predetermined temperature of the lower end side joining member located on the lower end side of the plurality of fuel cell of the first cell stack among the first joining member and the second joining member. A fuel cell stacking device characterized in that it is larger than the amount of plastic deformation with respect to a load.
前記下端側接合部材は第2のガラス組成物からなる、請求項1に記載の燃料電池セルスタック装置。 The upper end side joining member is made of a first glass composition.
The fuel cell stack device according to claim 1, wherein the lower end side joining member is made of a second glass composition.
前記第1のセルスタックの複数の燃料電池セルの下端が第2の接合部材により第2のマニホールドに気密に固定されており、
前記第2のセルスタックの複数の燃料電池セルの下端が第2の接合部材により第2のマニホールドに気密に固定されている、請求項3に記載の燃料電池セルスタック装置。 Further, a plurality of columnar fuel cell cells having a gas flow path extending in the longitudinal direction inside are arranged so that the longitudinal direction is the vertical direction, and are provided in parallel with the first cell stack. Equipped with 2 cell stacks,
The lower ends of the plurality of fuel cell cells of the first cell stack are hermetically fixed to the second manifold by the second joining member.
The fuel cell stack device according to claim 3, wherein the lower ends of the plurality of fuel cell of the second cell stack are hermetically fixed to the second manifold by a second joining member.
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