JP7112443B2 - 電気化学反応セルスタック - Google Patents
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Description
A-1.構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、第1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6,7)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6,7)のIII-IIIの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図4以降についても同様である。なお、燃料電池スタック100は、特許請求の範囲における電気化学反応セルスタックに相当する。
一対のエンドプレート104,106は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート104は、最も上に位置する発電単位102の上側に配置され、他方のエンドプレート106は、最も下に位置する発電単位102の下側に配置されている。一対のエンドプレート104,106によって複数の発電単位102が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート104は、燃料電池スタック100のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート106は、燃料電池スタック100のマイナス側の出力端子として機能する。
図4は、図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図5は、図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。また、図6は、図4のVI-VIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図であり、図7は、図4のVII-VIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。
図2および図4に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド161の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して酸化剤ガスOGが供給されると、酸化剤ガスOGは、ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して酸化剤ガス導入マニホールド161に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド161から各発電単位102の酸化剤ガス供給連通孔132を介して、空気室166に供給される。また、図3および図5に示すように、燃料ガス導入マニホールド171の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料ガスFGが供給されると、燃料ガスFGは、ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して燃料ガス導入マニホールド171に供給され、燃料ガス導入マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給連通孔142を介して、燃料室176に供給される。
図8は、図4のPx部(セパレータ120およびろう付け部124とその周辺の部分)のXZ断面構成を拡大して示す説明図である。図9は、セパレータ120とろう付け部124との境界の周辺のXZ断面構成を模式的に示す説明図である。図9には、セパレータ120とろう付け部124との境界の一例として、セパレータ120とセパレータ突出部120Bの傾斜部121Bとの境界の一部が示されている。
以上説明したように、第1実施形態の燃料電池スタック100は、上下方向に並べて配置された複数(本実施形態では7つ)の発電単位102を備える。発電単位102は、単セル110と、セパレータ120と、ろう付け部124と、を備えている。単セル110は、電解質層112と、電解質層112を挟んで上下方向に互いに対向する空気極114および燃料極116と、を含んでいる。セパレータ120は、上下方向に貫通する貫通孔121が形成され、上下方向視で貫通孔121を取り囲む部分が単セル110に対して上方(Z軸正方向)に位置しており、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とを区画している。ろう付け部124は、ろう材により形成され、少なくとも一部がセパレータ120と単セル110との間に位置しており、セパレータ120と単セル110とを接合している。セパレータ120は、直交方向(上下方向に直交する方向)に延びているセパレータ基準部120Aと、上下方向視でセパレータ基準部120Aの外周側に隣接し、セパレータ基準部120Aに対して下方(Z軸負方向)に突出しているセパレータ突出部120Bと、を有している。ろう付け部124は、セパレータ突出部120Bに接触している。
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。
Claims (3)
- 電解質層と、前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む単セルと、
前記第1の方向に貫通する貫通孔が形成され、前記第1の方向視で前記貫通孔を取り囲む部分が前記単セルに対して前記第1の方向の一方に位置しており、前記空気極に面する空気室と、前記燃料極に面する燃料室とを区画するセパレータと、
ろう材により形成され、少なくとも一部が前記セパレータと前記単セルとの間に位置しており、前記セパレータと前記単セルとを接合するろう付け部と、
を備える電気化学反応単位が、前記第1の方向に複数並べて配置される電気化学反応セルスタックにおいて、
前記セパレータは、
前記第1の方向に直交する第2の方向に延びているセパレータ基準部と、
前記第1の方向視で前記セパレータ基準部の外周側に隣接し、前記セパレータ基準部に対して前記一方とは反対の方向に突出しているセパレータ突出部と、
を有し、
前記セパレータ突出部は、前記第1の方向視で前記セパレータ基準部の外周側に隣接する傾斜部であって、前記第1の方向の位置が前記セパレータの外周側に向かうにつれて前記一方とは反対の方向に位置するように前記第2の方向に対して傾斜する方向に延びている傾斜部と、前記第1の方向視で前記傾斜部の外周側に隣接する直線部であって、前記第2の方向に延びている直線部と、を備え、
前記ろう付け部は、前記セパレータ突出部に接触している、
電気化学反応セルスタック。 - 請求項1に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記第1の方向に平行な少なくとも1つの断面において、前記セパレータ突出部の前記ろう付け部に接触している表面のうちの前記一方の端部と、前記一方とは反対の方向の端部とを通る仮想直線と、前記第2の方向に平行な仮想直線とがなす角度θ(0°≦θ<180°)が35°以上である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。 - 請求項1または請求項2に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記第1の方向に平行な少なくとも1つの断面において、前記セパレータのうち、前記ろう付け部と接触している部分は、3個/100μm以上の凸部を有している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
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