JP7232224B2 - 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 technology disclosed by this specification relates to an electrochemical reaction cell stack.

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発電単位(以下、「発電単位」という。)は、燃料電池単セル(以下、「単セル」という。)と、インターコネクタと、単セル用セパレータとを備える。 A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC") is known as one type of fuel cell that generates power using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. A fuel cell power generation unit (hereinafter referred to as a "power generation unit"), which is a structural unit of an SOFC, includes a fuel cell single cell (hereinafter referred to as a "single cell"), an interconnector, and a single cell separator.

単セルは、電解質層と、電解質層の所定の方向(以下、「第1の方向」という。)の一方側に配置された空気極と、電解質層の第1の方向の他方側に配置された燃料極とを備える。インターコネクタは、空気極の第1の方向の一方側に配置されており、かつ、空気極と電気的に接続されている。単セル用セパレータは、略板状である。単セル用セパレータには、第1の方向に貫通する貫通孔(以下、「第1のセパレータ貫通孔」という。)が形成されている。単セル用セパレータの第1のセパレータ貫通孔を取り囲む部分は、電解質層とインターコネクタの間に位置している。 The single cell includes an electrolyte layer, an air electrode arranged on one side of the electrolyte layer in a predetermined direction (hereinafter referred to as "first direction"), and an air electrode arranged on the other side of the electrolyte layer in the first direction. and a fuel electrode. The interconnector is arranged on one side of the air electrode in the first direction and electrically connected to the air electrode. The single cell separator has a substantially plate shape. The single-cell separator is formed with a through-hole penetrating in the first direction (hereinafter referred to as "first separator through-hole"). A portion of the single-cell separator surrounding the first separator through-hole is located between the electrolyte layer and the interconnector.

特開2020-9744号公報JP 2020-9744 A

従来の燃料電池においては、運転中の温度変化により単セルやインターコネクタが熱膨張または熱収縮して反ることにより、単セルとインターコネクタとの間の距離が短くなることがあり、単セル用セパレータとインターコネクタとが接触することがある。これにより、単セル用セパレータとインターコネクタとが短絡するおそれがある。 In conventional fuel cells, temperature changes during operation cause the unit cells and interconnectors to thermally expand or contract and warp, shortening the distance between the unit cells and interconnectors. Separators and interconnectors may come into contact with each other. This may cause a short circuit between the single cell separator and the interconnector.

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」という。 Such problems are also common to electrolytic cell stacks, which are a form of solid oxide electrolysis cells (hereinafter referred to as "SOEC") that generate hydrogen using the electrolysis reaction of water. It is an issue. In this specification, the fuel cell stack and the electrolysis cell stack are collectively referred to as "electrochemical reaction cell stack".

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 technology capable of solving the above-described 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 technology disclosed in this specification can be implemented, 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、電解質層と、前記電解質層の第1の方向の一方側に配置された空気極と、前記電解質層の前記第1の方向の他方側に配置された燃料極と、を備える、単セルと、前記空気極の前記一方側に配置されたインターコネクタであって、前記空気極と電気的に接続されたインターコネクタと、略板状であり、かつ、前記第1の方向に貫通する第1のセパレータ貫通孔が形成された単セル用セパレータであって、前記第1のセパレータ貫通孔を取り囲む部分である第1のセパレータ内周部は、前記電解質層と前記インターコネクタ板状部の間に位置している、単セル用セパレータと、をそれぞれ備え、前記第1の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位により構成される電気化学反応ブロックを備え、前記第1のセパレータ内周部と前記インターコネクタとの間に位置し、かつ、前記第1の方向視において前記第1のセパレータ内周部と前記インターコネクタとに重なる部分を有する複数の絶縁性部分であって、前記第1のセパレータ内周部の周方向に沿って互いに離隔しつつ並んでいる複数の絶縁性部分を備える。 (1) The electrochemical reaction cell stack disclosed in the present specification includes an electrolyte layer, an air electrode disposed on one side of the electrolyte layer in the first direction, and an air electrode disposed on one side of the electrolyte layer in the first direction. a fuel electrode arranged on the other side; an interconnector arranged on the one side of the air electrode, the interconnector being electrically connected to the air electrode; and having a first separator through-hole penetrating in the first direction, wherein the first separator inner circumference is a portion surrounding the first separator through-hole Each section includes a single cell separator positioned between the electrolyte layer and the interconnector plate section, and is composed of a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction. is located between the first separator inner peripheral portion and the interconnector, and is between the first separator inner peripheral portion and the interconnector when viewed in the first direction A plurality of insulating portions having overlapping portions are arranged along the circumferential direction of the inner peripheral portion of the first separator while being spaced apart from each other.

本電気化学反応セルスタックによれば、運転中の温度変化により単セルやインターコネクタが熱膨張または熱収縮して反ったときに、上述した複数の絶縁性部分の存在により、単セル用セパレータとインターコネクタとが短絡することを抑制することができる。 According to this electrochemical reaction cell stack, when the unit cells and interconnectors are warped due to thermal expansion or thermal contraction due to temperature changes during operation, the existence of the plurality of insulating portions described above prevents the single cell separator from Short-circuiting with the interconnector can be suppressed.

絶縁性部分は、酸化剤ガスが通る空間である空気室(厳密には、単セルとインターコネクタとの間の空間であり、空気室の一部)に面するため、極力、酸化剤ガスの流れ(ひいては、拡散性)を阻害しない構成であることが好ましい。仮に、上述した複数の絶縁性部分に換えて、第1のセパレータ内周部の周方向の全周にわたって形成された絶縁性部分を備える構成としたときには、酸化剤ガスの流れが阻害され、酸化剤ガスの拡散性が著しく低下する。これに対し、本電気化学反応セルスタックでは、第1のセパレータ内周部の周方向に沿って互いに離隔しつつ並んでいる複数の絶縁性部分を備える構成とすることにより、絶縁性部分と絶縁性部分との間に酸化剤ガスが流れる空間を有する分だけ、酸化剤ガスの流れを阻害することが軽減される。そのため、本電気化学反応セルスタックによれば、第1のセパレータ内周部の周方向の全周にわたって形成された絶縁性部分を備える構成と比較して、酸化剤ガスの拡散性の低下を抑制することができる。 Since the insulating part faces the air chamber through which the oxidant gas passes (strictly speaking, it is the space between the single cell and the interconnector, and is part of the air chamber), it is necessary to avoid the oxidant gas as much as possible. It is preferable to have a configuration that does not impede the flow (and thus the diffusibility). If, in place of the plurality of insulating portions described above, an insulating portion formed along the entire circumference of the inner peripheral portion of the first separator is provided, the flow of the oxidant gas is hindered, and oxidation is prevented. Diffusivity of agent gas is remarkably reduced. On the other hand, in the electrochemical reaction cell stack of the present invention, a plurality of insulating portions are arranged along the circumferential direction of the inner peripheral portion of the first separator while being separated from each other. Since there is a space for the oxidizing gas to flow between the oxidizing portion and the oxidizing portion, obstruction of the flow of the oxidizing gas is reduced. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, compared with the configuration including the insulating portion formed along the entire circumferential direction of the inner peripheral portion of the first separator, the decrease in diffusibility of the oxidant gas is suppressed. can do.

(2)上記電気化学反応セルスタックにおいて、少なくとも1個の前記絶縁性部分の全体は、前記第1の方向視において前記単セルに重なっている、構成としてもよい。 (2) In the above electrochemical reaction cell stack, the at least one insulating portion may entirely overlap the single cell when viewed in the first direction.

仮に、ある絶縁性部分(以下、「特定絶縁性部分」という。)の一部のみが単セルに重なっている構成においては、上記電気化学反応セルスタックの運転中に、各部材(特に、単セル用セパレータ)は、特に、第1の方向視において特定絶縁性部分のうち、単セルに重なっている部分と単セルに重なっていない部分との境界付近で熱膨張または熱収縮しやすい。そのため、特定絶縁性部分のうち、第1の方向視において単セルに重なっている部分と、単セルに重なっていない部分との境界付近において割れが生じるおそれがある。 In a configuration in which only a portion of a certain insulating portion (hereinafter referred to as a “specific insulating portion”) overlaps a single cell, each member (especially a single The cell separator) is particularly prone to thermal expansion or thermal contraction in the vicinity of the boundary between the portion overlapping the single cell and the portion not overlapping the single cell among the specific insulating portions when viewed from the first direction. Therefore, cracks may occur near the boundary between a portion of the specific insulating portion that overlaps the unit cell and a portion that does not overlap the unit cell when viewed in the first direction.

これに対し、本電気化学反応セルスタックでは、少なくとも1個の絶縁性部分の全体が第1の方向視において単セルに重なっている構成であることにより、上記電気化学反応セルスタックの運転中に各部材(特に、単セル用セパレータ)が熱膨張または熱収縮したときでも、上記少なくとも1個の絶縁性部分の割れを抑制することができる。 On the other hand, in the present electrochemical reaction cell stack, since the entire at least one insulating portion overlaps the single cell when viewed in the first direction, during operation of the electrochemical reaction cell stack, Even when each member (particularly, the single cell separator) thermally expands or contracts, cracking of the at least one insulating portion can be suppressed.

(3)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第1の方向視において、前記空気極が面する空気室におけるガスの流れ方向に交差する第2の方向に沿うように並ぶ複数の前記絶縁性部分により構成され、前記ガスの流れ方向において前記空気極よりも上流側に位置する上流側絶縁性部分と、前記第2の方向に沿うように並ぶ複数の前記絶縁性部分により構成され、前記ガスの流れ方向において前記空気極よりも下流側に位置する下流側絶縁性部分群との少なくとも一方を備える、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、上述した上流側絶縁性部分群と下流側絶縁性部分群との少なくとも一方を備えることにより、酸化剤ガスの拡散性の低下を、より効果的に抑制することができる。 (3) In the above electrochemical reaction cell stack, when viewed in the first direction, the plurality of insulating portions are arranged along a second direction crossing the direction of gas flow in the air chamber facing the air electrode. composed of an upstream insulating portion located upstream of the air electrode in the gas flow direction, and a plurality of the insulating portions arranged along the second direction, wherein the gas At least one of a downstream side insulating portion group located downstream of the air electrode in the flow direction may be provided. According to the present electrochemical reaction cell stack, by including at least one of the above-described upstream insulating subgroup and downstream insulating subgroup, the decrease in the diffusibility of the oxidant gas is more effectively suppressed. be able to.

(4)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第1の方向視において、前記空気極の中心を通り、かつ、前記ガスの流れ方向に沿う仮想直線を第1の直線としたき、前記上流側絶縁性部分群と前記下流側絶縁性部分群との少なくとも一方である特定絶縁性部分群に含まれるいずれかの複数の前記絶縁性部分により構成される中央側群における隣り合う絶縁性部分間の間隔は、前記特定絶縁性部分群に含まれるいずれかの複数の前記絶縁性部分であって、前記中央側群よりも前記第1の直線から離れている複数の前記絶縁性部分により構成される端側群における隣り合う絶縁性部分間の間隔よりも大きい、構成としてもよい。 (4) In the above electrochemical reaction cell stack, assuming that an imaginary straight line passing through the center of the air electrode and along the flow direction of the gas is defined as a first straight line when viewed in the first direction, the upstream side Between adjacent insulating portions in a central side group composed of any of the plurality of insulating portions included in a specific insulating portion group that is at least one of the insulating portion group and the downstream side insulating portion group The interval is composed of a plurality of the insulating portions included in the specific insulating portion group, the insulating portions being further from the first straight line than the central side group. It may be configured to be larger than the spacing between adjacent insulating portions in the end groups.

上記電気化学反応セルスタックの運転時に、空気室のうち、第1の方向視における空気極の中央側の温度が端側の温度よりも高くなる傾向がある。このような温度勾配が生じることにより、酸化剤ガスは第1の方向視における空気室のうちの空気極の中央側に流れにくく、端側に流れやすくなる。そのため、仮に上流側絶縁性部分群における隣り合う絶縁性部分の間隔が均一である構成においては、空気室のうち、空気極の中央側におけるガス流れと、端側におけるガス流れとが不均一となり、これにより上記電気化学反応セルスタックの電気的性能が低下する。 During operation of the electrochemical reaction cell stack, the temperature on the center side of the air electrode in the air chamber as viewed in the first direction tends to be higher than the temperature on the end side. Due to the occurrence of such a temperature gradient, the oxidant gas is less likely to flow toward the center of the air electrode in the air chamber viewed from the first direction, and more likely to flow toward the ends. Therefore, in a configuration in which the distance between adjacent insulating portions in the upstream side insulating portion group is uniform, the gas flow in the air chamber on the center side of the air electrode and the gas flow on the end side will be uneven. , which degrades the electrical performance of the electrochemical reaction cell stack.

これに対し、上流側絶縁性部分群を備える本電気化学反応セルスタックでは、上述したように、第1の方向視において、上流側絶縁性部分群の中央側群における隣り合う絶縁性部分間の間隔は、端側群における隣り合う絶縁性部分間の間隔よりも大きい。このような構成であることにより、上流側絶縁性部分群における隣り合う絶縁性部分の間隔が均一である構成と比較して、空気室のうちの空気極の中央側におけるガス流れと、端側におけるガス流れと均一となる。同様に、下流側絶縁性部分群を備える本電気化学反応セルスタックにおいては、上述した上流側絶縁性部分群における理由と同様の理由から、下流側絶縁性部分群における隣り合う絶縁性部分の間隔が均一である構成と比較して、空気室のうちの空気極の中央側におけるガス流れと、端側におけるガス流れと均一となる。そのため、特定絶縁性部分群(上流側絶縁性部分群と下流側絶縁性部分群との少なくとも一方)を備える本電気化学反応セルスタックによれば、上記電気化学反応セルスタックの電気的性能の低下を、より効果的に抑制することができる。 On the other hand, in the present electrochemical reaction cell stack including the upstream side insulating portion group, as described above, when viewed from the first direction, the adjacent insulating portions in the central side group of the upstream side insulating portion group The spacing is greater than the spacing between adjacent insulating portions in the end groups. With such a configuration, compared to a configuration in which the intervals between adjacent insulating portions in the upstream side insulating portion group are uniform, the gas flow in the air chamber on the center side of the air electrode and the end side becomes uniform with the gas flow in Similarly, in the present electrochemical reaction cell stack including the downstream side insulating portion group, for the same reason as the above-described upstream side insulating portion group, the distance between adjacent insulating portions in the downstream side insulating portion group is The gas flow is uniform at the center side of the air electrode in the air chamber and at the end sides, compared to a configuration in which the is uniform. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack including the specific insulating portion group (at least one of the upstream insulating portion group and the downstream insulating portion group), the electrical performance of the electrochemical reaction cell stack is degraded. can be suppressed more effectively.

(5)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第1の方向に沿った少なくとも1つの断面である特定断面において、前記セル用セパレータは、前記第1のセパレータ内周部を含む内側部と、前記内側部より外周側に位置する外側部と、前記内側部と前記外側部とを連結し、かつ、前記内側部と前記外側部との両方に対して前記第1の方向に突出している連結部と、を備える、構成としてもよい。 (5) In the above electrochemical reaction cell stack, in at least one specific cross section along the first direction, the cell separator includes an inner portion including the first separator inner peripheral portion, and the and an outer portion located on the outer peripheral side of the inner portion, and a connecting portion connecting the inner portion and the outer portion and protruding in the first direction with respect to both the inner portion and the outer portion. and may be provided.

本電気化学反応セルスタックでは、単セル用セパレータが上述した内側部、外側部、および連結部を備える構成であることにより、単セルとインターコネクタとの間の距離が短くなる変形が生じやすい。従って、上述した複数の絶縁性部分を備える本発明は、このような構成である本電気化学反応セルスタックにおいて、特に好適である。 In the present electrochemical reaction cell stack, since the single cell separator has the above-described inner portion, outer portion, and connecting portion, the distance between the single cell and the interconnector is likely to be shortened. Therefore, the present invention having a plurality of insulating portions as described above is particularly suitable for the present electrochemical reaction cell stack having such a configuration.

(6)上記電気化学反応セルスタックにおいて、略板状であり、かつ、前記第1の方向に貫通する第2のセパレータ貫通孔が形成されたインターコネクタ用セパレータであって、前記第2のセパレータ貫通孔を取り囲む第2のセパレータ内周部が前記インターコネクタの外周部に接続されたインターコネクタ用セパレータと、前記電気化学反応ブロックにおける前記第1の方向の両側にそれぞれが位置する一対のエンド部材と、前記単セル用セパレータと前記インターコネクタ用セパレータと前記一対のエンド部材とを前記第1の方向に貫く貫通孔に挿入され、前記電気化学反応ブロックを締結する締結部材と、を備える、構成としてもよい。 (6) In the above electrochemical reaction cell stack, an interconnector separator having a substantially plate shape and having a second separator through-hole penetrating in the first direction, the second separator an interconnector separator having a second separator inner peripheral portion surrounding a through-hole connected to the outer peripheral portion of the interconnector; and a pair of end members respectively positioned on both sides of the electrochemical reaction block in the first direction. and a fastening member that is inserted into a through-hole that penetrates the single cell separator, the interconnector separator, and the pair of end members in the first direction and fastens the electrochemical reaction block. may be

本電気化学反応セルスタックでは、上述したインターコネクタ用セパレータと一対のエンド部材と締結部材とを備える構成であることにより、単セルとインターコネクタとの間の距離が短くなる変形が生じやすい。従って、上述した複数の絶縁性部分を備える本発明は、このような構成である本電気化学反応セルスタックにおいて、特に好適である。 Since the present electrochemical reaction cell stack is configured to include the above-described interconnector separator, a pair of end members, and a fastening member, deformation in which the distance between the single cell and the interconnector is shortened easily occurs. Therefore, the present invention having a plurality of insulating portions as described above is particularly suitable for the present electrochemical reaction cell stack having such a configuration.

(7)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記絶縁性部分は、ガラスまたはセラミックにより構成されている、構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、高温環境下で使用されても絶縁性部分の良好な絶縁性を安定して確保することができる。 (7) In the above electrochemical reaction cell stack, the insulating portion may be made of glass or ceramic. According to this electrochemical reaction cell stack, it is possible to stably ensure good insulation of the insulating portion even when used in a high-temperature environment.

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1 is a perspective view showing the external configuration of a fuel cell stack 100 according to this embodiment; FIG. 図1のII-IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図Explanatory drawing showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position II-II in FIG. 図1のIII-IIIの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図Explanatory drawing showing the YZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position III-III in 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Explanatory diagram showing the 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. 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Explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 図4のVI-VIの位置における燃料電池スタック100のXY断面構成を示す説明図Explanatory diagram showing the XY cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position VI-VI in FIG.

A.本実施形態:
A-1.構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図であり、図2は、図1のII-IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図であり、図3は、図1のIII-IIIの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図4以降についても同様である。
A. This embodiment:
A-1. composition:
(Configuration of fuel cell stack 100)
FIG. 1 is a perspective view showing the external configuration of the fuel cell stack 100 in this embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position II-II in FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position III-III in FIG. Each figure shows mutually orthogonal XYZ axes for specifying directions. In this specification, for the sake of convenience, the positive Z-axis direction is referred to as the upward direction, and the negative Z-axis direction is referred to as the downward direction. may be installed. The same applies to FIG. 4 and subsequent figures.

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70,80と、一対の絶縁シート92,96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。上記配列方向(上下方向)は、特許請求の範囲における第1の方向に相当し、Y軸方向は、特許請求の範囲における第2の方向に相当する。 The fuel cell stack 100 includes a plurality of (seven in this embodiment) fuel cell power generating units (hereinafter simply referred to as "power generating units") 102, a pair of terminal plates 70 and 80, and a pair of insulating sheets 92 and 96. and 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 this embodiment). The arrangement direction (vertical direction) corresponds to the first direction in the claims, and the Y-axis direction corresponds to the second direction in the claims.

一対のターミナルプレート70,80のうちの一方(以下、「上側ターミナルプレート70」という。)は、7つの発電単位102から構成される集合体(以下、「発電ブロック103」という。)の上側に配置されており、一対の絶縁シート92,96のうちの一方(以下、「上側絶縁シート92」という。)は、上側ターミナルプレート70の上側に配置されており、一対のエンドプレート104,106のうちの一方(以下、「上側エンドプレート104」という。)は、上側絶縁シート92の上側に配置されている。また、一対のターミナルプレート70,80のうちの他方(以下、「下側ターミナルプレート80」という。)は、発電ブロック103の下側に配置されており、一対の絶縁シート92,96のうちの他方(以下、「下側絶縁シート96」という。)は、下側ターミナルプレート80の下側に配置されており、一対のエンドプレート104,106のうちの他方(以下、「下側エンドプレート106」という。)は、下側絶縁シート96の下側に配置されている。なお、より詳細には、上側ターミナルプレート70と上側絶縁シート92との間には、後述するカバー用セパレータ60が介在している。上述した説明から明らかなように、上側エンドプレート104および下側エンドプレート106は、発電ブロック103におけるZ軸方向の両側にそれぞれが位置している。 One of the pair of terminal plates 70 and 80 (hereinafter referred to as "upper terminal plate 70") is mounted above an assembly (hereinafter referred to as "power generation block 103") composed of seven power generation units 102. One of the pair of insulating sheets 92 and 96 (hereinafter referred to as the "upper insulating sheet 92") is arranged above the upper terminal plate 70, and the pair of end plates 104 and 106 One of them (hereinafter referred to as the “upper end plate 104 ”) is arranged above the upper insulating sheet 92 . The other of the pair of terminal plates 70 and 80 (hereinafter referred to as the "lower terminal plate 80") is arranged below the power generation block 103 and is one of the pair of insulating sheets 92 and 96. The other (hereinafter referred to as the "lower insulating sheet 96") is arranged below the lower terminal plate 80 and is the other of the pair of end plates 104, 106 (hereinafter referred to as the "lower end plate 106"). ”) are arranged on the lower side of the lower insulating sheet 96 . More specifically, between the upper terminal plate 70 and the upper insulating sheet 92, a cover separator 60, which will be described later, is interposed. As is clear from the above description, the upper end plate 104 and the lower end plate 106 are positioned on both sides of the power generation block 103 in the Z-axis direction.

燃料電池スタック100を構成する各層(発電単位102、ターミナルプレート70,80、エンドプレート104,106)のZ軸方向回りの外周部には、上下方向に貫通する複数の(本実施形態では8つの)孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、上側エンドプレート104から下側エンドプレート106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を構成するために燃料電池スタック100の各層に形成された孔も、連通孔108と呼ぶ場合がある。 Each layer (power generating unit 102, terminal plates 70, 80, end plates 104, 106) constituting the fuel cell stack 100 has a plurality of (eight in this embodiment) penetrating in the vertical direction on the outer peripheral portion around the Z-axis direction. ) holes are formed, and corresponding holes formed in each layer communicate with each other in the vertical direction to form a communication hole 108 extending vertically from the upper end plate 104 to the lower end plate 106 . In the following description, the holes formed in each layer of the fuel cell stack 100 to form the communication holes 108 may also be referred to as the communication holes 108 .

各連通孔108には上下方向に延びるボルト22が挿通されており、ボルト22とボルト22の両側に嵌められたナット24とによる上下方向の圧縮力によって、燃料電池スタック100は締結されている。なお、図2および図3に示すように、ボルト22の一方の側(上側)に嵌められたナット24と上側エンドプレート104の上側表面との間、および、ボルト22の他方の側(下側)に嵌められたナット24と下側エンドプレート106の下側表面との間には、絶縁シート26が介在している。ただし、後述のガス通路部材27が設けられた箇所では、ナット24と下側エンドプレート106の表面との間に、ガス通路部材27とガス通路部材27の上側および下側のそれぞれに配置された絶縁シート26とが介在している。絶縁シート26は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成されている。なお、連通孔108は、特許請求の範囲における締結部材が挿入される貫通孔に相当し、ボルト22およびナット24は、特許請求の範囲における締結部材に相当する。 A vertically extending bolt 22 is inserted through each communication hole 108 , and the fuel cell stack 100 is fastened by a vertical compressive force of the bolt 22 and a nut 24 fitted on both sides of the bolt 22 . As shown in FIGS. 2 and 3, between the nut 24 fitted on one side (upper side) of the bolt 22 and the upper surface of the upper end plate 104 and on the other side (lower side) of the bolt 22 ) and the lower surface of the lower end plate 106, an insulating sheet 26 is interposed. However, at locations where gas passage members 27 to be described later are provided, gas passage members 27 and gas passage members 27 are arranged between the nut 24 and the surface of the lower end plate 106, and on the upper and lower sides of the gas passage members 27, respectively. An insulating sheet 26 is interposed. The insulating sheet 26 is made of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic powder sheet, a glass sheet, a glass-ceramic composite, or the like. The communication hole 108 corresponds to a through hole into which a fastening member is inserted, and the bolt 22 and the nut 24 correspond to fastening members in the claims.

各ボルト22の軸部の外径は各連通孔108の内径より小さい。そのため、各ボルト22の軸部の外周面と各連通孔108の内周面との間には、空間が確保されている。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)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22A)と、そのボルト22Aが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、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に供給するガス流路である酸化剤ガス供給マニホールド161として機能し、該辺の反対側の辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸負方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22B)と、そのボルト22Bが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、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酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスOGとして、例えば空気が使用される。 The outer diameter of the shaft portion of each bolt 22 is smaller than the inner diameter of each communication hole 108 . Therefore, a space is secured between the outer peripheral surface of the shaft portion of each bolt 22 and the inner peripheral surface of each communication hole 108 . As shown in FIGS. 1 and 2, one side of the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction (the side on the positive side of the X-axis among the two sides parallel to the Y-axis) is near the midpoint. The space formed by the bolt 22 (bolt 22A) positioned thereon and the communication hole 108 through which the bolt 22A is inserted receives the oxidant gas OG from the outside of the fuel cell stack 100, and the oxidant gas OG is introduced into each space. Functioning as an oxidant gas supply manifold 161, which is a gas flow path for supplying to the power generation unit 102, the side opposite to the side (the side on the negative side of the X axis among the two sides parallel to the Y axis) The space formed by the bolt 22 (bolt 22B) located near the point and the communication hole 108 through which the bolt 22B is inserted is the oxidant offgas OOG which is the gas discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102. to the outside of the fuel cell stack 100 as an oxidizing gas discharge manifold 162 . In this embodiment, for example, air is used as the oxidant gas OG.

また、図1および図3に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周における1つの辺(X軸に平行な2つの辺の内のY軸正方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22D)と、そのボルト22Dが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、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に供給する燃料ガス供給マニホールド171として機能し、該辺の反対側の辺(X軸に平行な2つの辺の内のY軸負方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22E)と、そのボルト22Eが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、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燃料ガス排出マニホールド172として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスFGとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。 Also, as shown in FIGS. 1 and 3, the midpoint of one side (the side on the Y-axis positive side of the two sides parallel to the X-axis) on the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction Fuel gas FG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100 into the space formed by the bolt 22 (bolt 22D) located nearby and the communication hole 108 through which the bolt 22D is inserted. A bolt that functions as the fuel gas supply manifold 171 that supplies the power generation unit 102 and is located near the midpoint of the side opposite to the side (the side on the Y-axis negative direction side of the two sides parallel to the X-axis) 22 (bolt 22E) and the communication hole 108 through which the bolt 22E is inserted allows the fuel offgas FOG, which is the gas discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102, to flow outside the fuel cell stack 100. It functions as a fuel gas discharge manifold 172 that discharges to the In this embodiment, hydrogen-rich gas obtained by reforming city gas, for example, is used as the fuel gas FG.

燃料電池スタック100には、4つのガス通路部材27が設けられている。各ガス通路部材27は、中空筒状の本体部28と、本体部28の側面から分岐した中空筒状の分岐部29とを有している。分岐部29の孔は本体部28の孔と連通している。各ガス通路部材27の分岐部29には、ガス配管(図示せず)が接続される。また、図2に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド161を形成するボルト22Aの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、酸化剤ガス供給マニホールド161に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド162を形成するボルト22Bの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド162に連通している。また、図3に示すように、燃料ガス供給マニホールド171を形成するボルト22Dの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、燃料ガス供給マニホールド171に連通しており、燃料ガス排出マニホールド172を形成するボルト22Eの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、燃料ガス排出マニホールド172に連通している。 Four gas passage members 27 are provided in the fuel cell stack 100 . Each gas passage member 27 has a hollow tubular body portion 28 and a hollow tubular branch portion 29 branched from a side surface of the main body portion 28 . A hole in the branch portion 29 communicates with a hole in the main body portion 28 . A gas pipe (not shown) is connected to the branch portion 29 of each gas passage member 27 . Further, as shown in FIG. 2, the hole of the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22A forming the oxidant gas supply manifold 161 communicates with the oxidant gas supply manifold 161. A hole in the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22B forming the oxidant gas discharge manifold 162 communicates with the oxidant gas discharge manifold 162 . Further, as shown in FIG. 3, the hole of the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22D forming the fuel gas supply manifold 171 communicates with the fuel gas supply manifold 171, and the fuel gas A hole in the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22E forming the discharge manifold 172 communicates with the fuel gas discharge manifold 172 .

(エンドプレート104,106の構成)
一対のエンドプレート104,106は、Z軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばステンレス等の導電性材料により形成されている。一対のエンドプレート104,106の中央付近には、それぞれ、Z軸方向に貫通する孔32,34が形成されている。Z軸方向視で、一対のエンドプレート104,106のそれぞれに形成された孔32,34の内周線は、後述する各単セル110を内包している。そのため、各ボルト22およびナット24によるZ軸方向の圧縮力は、主として各発電単位102の外周部(後述する各単セル110より外周側の部分)に作用する。上側エンドプレート104および下側エンドプレート106は、特許請求の範囲における一対のエンド部材に相当する。
(Configuration of end plates 104, 106)
The pair of end plates 104 and 106 are plate-like members having a substantially rectangular outer shape when viewed in the Z-axis direction, and are made of a conductive material such as stainless steel. Holes 32 and 34 penetrating in the Z-axis direction are formed near the center of the pair of end plates 104 and 106, respectively. As viewed in the Z-axis direction, the inner peripheral lines of the holes 32, 34 formed in the pair of end plates 104, 106 respectively include the unit cells 110, which will be described later. Therefore, the compressive force in the Z-axis direction by each bolt 22 and nut 24 acts mainly on the outer peripheral portion of each power generation unit 102 (the portion on the outer peripheral side of each single cell 110 described later). The upper end plate 104 and the lower end plate 106 correspond to a pair of end members in the claims.

(絶縁シート92,96の構成)
一対の絶縁シート92,96は、Z軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等の絶縁性材料により構成されている。上側絶縁シート92の中央付近には、上側エンドプレート104の孔32に連通し、かつ、Z軸方向に貫通する孔94が形成されている。Z軸方向視で、上側絶縁シート92に形成された孔94の内周線は、後述する各単セル110を内包している。なお、本実施形態では、Z軸方向視で、上側絶縁シート92に形成された孔94の内周線は、上側エンドプレート104に形成された孔32の内周線と略一致している。
(Structure of insulating sheets 92 and 96)
The pair of insulating sheets 92 and 96 is a plate-like member having a substantially rectangular outer shape when viewed in the Z-axis direction, and is made of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic powder sheet, a glass sheet, a glass-ceramic composite, or the like. Constructed of an insulating material. A hole 94 communicating with the hole 32 of the upper end plate 104 and penetrating in the Z-axis direction is formed near the center of the upper insulating sheet 92 . As viewed in the Z-axis direction, the inner peripheral line of the hole 94 formed in the upper insulating sheet 92 includes each unit cell 110 described later. In this embodiment, the inner circumference of the hole 94 formed in the upper insulating sheet 92 substantially matches the inner circumference of the hole 32 formed in the upper end plate 104 as viewed in the Z-axis direction.

(ターミナルプレート70,80の構成)
一対のターミナルプレート70,80は、Z軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばステンレス等の導電性材料により形成されている。上側ターミナルプレート70の中央付近には、Z軸方向に貫通する孔71が形成されている。Z軸方向視で、上側ターミナルプレート70に形成された孔71の内周線は、後述する各単セル110を内包している。なお、本実施形態では、Z軸方向視で、上側ターミナルプレート70に形成された孔71の内周線は、上側エンドプレート104に形成された孔32の内周線と略一致している。上側ターミナルプレート70は、Z軸方向視で、上側エンドプレート104の外周線から外側に突出した突出部78を備えており、該突出部78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する。また、下側ターミナルプレート80は、Z軸方向視で、下側エンドプレート106の外周線から外側に突出した突出部88を備えており、該突出部88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。
(Configuration of Terminal Plates 70, 80)
The pair of terminal plates 70 and 80 is a plate-like member having a substantially rectangular outer shape when viewed in the Z-axis direction, and is made of a conductive material such as stainless steel. A hole 71 penetrating in the Z-axis direction is formed near the center of the upper terminal plate 70 . As viewed in the Z-axis direction, the inner peripheral line of the hole 71 formed in the upper terminal plate 70 includes each unit cell 110, which will be described later. In this embodiment, the inner circumference of the hole 71 formed in the upper terminal plate 70 substantially matches the inner circumference of the hole 32 formed in the upper end plate 104 as viewed in the Z-axis direction. The upper terminal plate 70 has a projecting portion 78 projecting outward from the outer circumference of the upper end plate 104 as viewed in the Z-axis direction, and the projecting portion 78 functions as a plus side output terminal of the fuel cell stack 100. do. In addition, the lower terminal plate 80 includes a projecting portion 88 projecting outward from the outer peripheral line of the lower end plate 106 as viewed in the Z-axis direction. Functions as an output pin.

(発電単位102の構成)
図4は、図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102(最上部に位置する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(最上部に位置する2つの発電単位102)のYZ断面構成を示す説明図である。
(Configuration of power generation unit 102)
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other (two power generation units 102 located at the top) at the same position as the cross section shown in FIG. 2, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other (two power generation units 102 positioned at the top) at the same position as the cross section shown in FIG.

図4および図5に示すように、発電単位102は、燃料電池単セル(以下、「単セル」という。)110と、単セル用セパレータ120と、空気極側フレーム130と、燃料極側フレーム140と、燃料極側集電部材148と、10個の絶縁性部分129(129a、・・・、129j)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190および一対のIC用セパレータ180とを備えている。単セル用セパレータ120、空気極側フレーム130、燃料極側フレーム140、IC用セパレータ180におけるZ軸方向回りの外周部には、上述したボルト22が挿通される連通孔108に対応する孔が形成されている。なお、図4および図5に示す燃料電池スタック100の断面は、特許請求の範囲における特定断面に相当する。 As shown in FIGS. 4 and 5, the power generation unit 102 includes a fuel cell single cell (hereinafter referred to as "single cell") 110, a single cell separator 120, an air electrode side frame 130, and a fuel electrode side frame. 140, a fuel electrode side current collecting member 148, ten insulating portions 129 (129a, . . . , 129j), a pair of interconnectors 190 and a pair of and an IC separator 180 . The single cell separator 120, the air electrode side frame 130, the fuel electrode side frame 140, and the IC separator 180 are formed with holes corresponding to the communication holes 108 through which the bolts 22 are inserted in the outer peripheral portions around the Z-axis direction. It is The cross section of the fuel cell stack 100 shown in FIGS. 4 and 5 corresponds to the specific cross section in the claims.

単セル110は、電解質層112と、電解質層112のZ軸方向の一方側(上側)に配置された空気極114と、電解質層112のZ軸方向の他方側(下側)に配置された燃料極116と、電解質層112と空気極114との間に配置された中間層118とを備える。なお、本実施形態の単セル110は、燃料極116で単セル110を構成する他の層(電解質層112、空気極114、中間層118)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 114 arranged on one side (upper side) of the electrolyte layer 112 in the Z-axis direction, and an air electrode 114 arranged on the other side (lower side) of the electrolyte layer 112 in the Z-axis direction. It comprises an anode 116 and an intermediate layer 118 positioned between the electrolyte layer 112 and the cathode 114 . The single cell 110 of this embodiment is a fuel electrode supporting type single cell in which the fuel electrode 116 supports the other layers (the electrolyte layer 112, the air electrode 114, and the intermediate layer 118) constituting the single cell 110. FIG.

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、固体酸化物(例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア))を含むように構成されている。すなわち、本実施形態の単セル110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。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、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))を含むように構成されている。燃料極116は、Z軸方向視で電解質層112と略同じ大きさの略矩形の平板形状部材であり、例えば、Ni(ニッケル)、Niとセラミック粒子からなるサーメット、Ni基合金等により形成されている。中間層118は、Z軸方向視で空気極114と略同じ大きさの略矩形の平板形状部材であり、例えばGDC(ガドリニウムドープセリア)とYSZとを含むように構成されている。中間層118は、空気極114から拡散した元素(例えば、Sr)が電解質層112に含まれる元素(例えば、Zr)と反応して高抵抗な物質(例えば、SrZrO)が生成されることを抑制する機能を有する。 The electrolyte layer 112 is a substantially rectangular plate-shaped member when viewed in the Z-axis direction, and is configured to contain a solid oxide (for example, YSZ (yttria-stabilized zirconia)). That is, the single cell 110 of this embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) using a solid oxide as an electrolyte. The air electrode 114 is a substantially rectangular plate-shaped member smaller than the electrolyte layer 112 when viewed in the Z-axis direction, and is configured to contain, for example, a perovskite oxide (for example, LSCF (lanthanum strontium cobalt iron oxide)). . The fuel electrode 116 is a substantially rectangular plate-shaped member having substantially the same size as the electrolyte layer 112 when viewed in the Z-axis direction, and is formed of, for example, Ni (nickel), a cermet made of Ni and ceramic particles, a Ni-based alloy, or the like. ing. The intermediate layer 118 is a substantially rectangular plate-shaped member having substantially the same size as the air electrode 114 when viewed in the Z-axis direction, and is configured to contain, for example, GDC (gadolinium-doped ceria) and YSZ. The intermediate layer 118 is formed so that an element (eg, Sr) diffused from the air electrode 114 reacts with an element (eg, Zr) contained in the electrolyte layer 112 to generate a high-resistance substance (eg, SrZrO 3 ). It has a suppressing function.

単セル用セパレータ120は、中央付近にZ軸方向に貫通する略矩形の孔121(以下、「第1のセパレータ貫通孔121」という。)が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属等の導電性材料により形成されている。単セル用セパレータ120は、略板状である。単セル用セパレータ120の上下方向の厚さは、例えば、0.05mm以上、0.2mm以下程度であり、各フレーム130,140の上下方向の厚さ(例えば1mm)より薄い。単セル用セパレータ120における第1のセパレータ貫通孔121を取り囲む部分122(以下、「第1のセパレータ内周部122」という。)は、電解質層112における空気極114の側(上側)の表面の外周部に対向している。単セル用セパレータ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。第1のセパレータ内周部122(単セル用セパレータ120第1のセパレータ貫通孔121を取り囲む部分)は、電解質層112とインターコネクタ190(後述の上側特定発電単位102Xにおいては、最上位インターコネクタ190X)の間に位置している。また、本実施形態では、単セル用セパレータ120における外周部は、燃料極側フレーム140の上側の表面に、レーザ溶接により接合されている。換言すれば、単セル用セパレータ120と燃料極側フレーム140とが接する位置には、単セル用セパレータ120と燃料極側フレーム140とを接合する溶接部241が形成されている。 The single-cell separator 120 is a frame-like member having a substantially rectangular hole 121 (hereinafter referred to as “first separator through-hole 121”) extending in the Z-axis direction near the center. It is made of a conductive material such as. The single cell separator 120 has a substantially plate shape. The vertical thickness of the single cell separator 120 is, for example, about 0.05 mm or more and 0.2 mm or less, and is thinner than the vertical thickness (eg, 1 mm) of each of the frames 130 and 140 . A portion 122 surrounding the first separator through-hole 121 in the single-cell separator 120 (hereinafter referred to as “first separator inner peripheral portion 122”) is the surface of the electrolyte layer 112 on the air electrode 114 side (upper side). It faces the outer periphery. The single cell separator 120 is joined to the electrolyte layer 112 (single cell 110) by a joining portion 124 formed of a brazing material (for example, Ag brazing) arranged at the opposing portion. The first separator inner peripheral portion 122 (the portion surrounding the first separator through hole 121 of the single cell separator 120) includes the electrolyte layer 112 and the interconnector 190 (in the upper specific power generation unit 102X described later, the top interconnector 190X ) is located between Further, in this embodiment, the outer peripheral portion of the single cell separator 120 is joined to the upper surface of the fuel electrode side frame 140 by laser welding. In other words, the welded portion 241 that joins the single cell separator 120 and the fuel electrode frame 140 is formed at the position where the single cell separator 120 and the fuel electrode frame 140 are in contact with each other.

単セル用セパレータ120は、第1のセパレータ内周部122を含む内側部126と、内側部126より外周側に位置する外側部127と、内側部126と外側部127とを連結する連結部128とを備える。本実施形態では、内側部126および外側部127は、Z軸方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部128は、内側部126と外側部127との両方に対して下側(Z軸方向)に突出するように湾曲した形状となっている。連結部128における下側(燃料室176側)の部分は凸部となっており、連結部128における上側(空気室166側)の部分は凹部となっている。このため、連結部128は、Z軸方向における位置が内側部126および外側部127とは異なる部分を含んでいる。 The single-cell separator 120 includes an inner portion 126 including the first separator inner peripheral portion 122, an outer portion 127 located outside the inner portion 126, and a connecting portion 128 connecting the inner portion 126 and the outer portion 127. and In this embodiment, the inner portion 126 and the outer portion 127 are substantially flat plates extending in a direction substantially orthogonal to the Z-axis direction. Moreover, the connecting portion 128 has a curved shape that protrudes downward (in the Z-axis direction) with respect to both the inner portion 126 and the outer portion 127 . The lower side (fuel chamber 176 side) of connecting portion 128 is a convex portion, and the upper side (air chamber 166 side) portion of connecting portion 128 is a concave portion. Therefore, the connecting portion 128 includes portions whose positions in the Z-axis direction are different from those of the inner portion 126 and the outer portion 127 .

単セル用セパレータ120における第1のセパレータ貫通孔121付近には、ガラスを含むガラスシール部125が配置されている。ガラスシール部125は、接合部124に対して空気室166側に位置しており、単セル用セパレータ120の第1のセパレータ内周部122の表面と、単セル110(本実施形態では電解質層112)の表面との両方に接触するように形成されている。ガラスシール部125により、単セル110の外周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(クロスリーク)が効果的に抑制される。 A glass sealing portion 125 containing glass is arranged in the vicinity of the first separator through hole 121 in the single cell separator 120 . The glass seal portion 125 is located on the air chamber 166 side with respect to the joint portion 124, and the surface of the first separator inner peripheral portion 122 of the single cell separator 120 and the single cell 110 (the electrolyte layer in this embodiment) 112). The glass seal portion 125 effectively suppresses gas leak (cross leak) from one electrode side to the other electrode side in the outer peripheral portion of the unit cell 110 .

インターコネクタ190は、略矩形の平板形状の平板部150と、平板部150から空気極114側に突出した複数の略柱状の空気極側集電部134とを有する導電性の部材であり、金属(例えば、フェライト系ステンレス)により形成されている。平板部150は、Z軸方向視において上側ターミナルプレート70の孔71に重なるように配置されている。本実施形態では、インターコネクタ190の表面(空気室166に面する表面)に、例えばスピネル型酸化物により構成された導電性の被覆層194が形成されている。以下では、被覆層194に覆われたインターコネクタ190を、単にインターコネクタ190という。インターコネクタ190(より詳細には、インターコネクタ190の各空気極側集電部134)は、例えばスピネル型酸化物により構成された導電性接合材196を介して、単セル110の空気極114に接合されている。また、インターコネクタ190の表面(燃料室176または後述の上側特定空間58に面する表面)には、インターコネクタ190からの汚染物質(例えば、Cr(クロム))の放出・拡散を抑制するために、特定の処理(例えば、アニール処理)が施されていてもよい。インターコネクタ190(後述の最上位インターコネクタ190Xを除く)は、発電単位102間の電気的導通を確保すると共に、発電単位102間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、2つの発電単位102が隣接して配置されている場合、1つのインターコネクタ190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190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190と同一部材である。また、燃料電池スタック100において最も下側に位置する発電単位102の下側のインターコネクタ190は、導電性接合材196を介して下側ターミナルプレート80に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック100において最も上側に位置する発電単位102(以下、「上側特定発電単位102X」ともいう。)の上側のインターコネクタ190(以下、「最上位インターコネクタ190X」ともいう。)は、IC用セパレータ180(以下、「最上位IC用セパレータ180X」ともいう。)および/または後述する他の部材(接続部材48、カバー部材50、カバー用セパレータ60)を介して上側ターミナルプレート70に電気的に接続されている。すなわち、上側ターミナルプレート70は、発電ブロック103に電気的に接続されている。なお、最上位インターコネクタ190Xは、上側ターミナルプレート70に対してZ軸方向の下側に配置されている。 The interconnector 190 is a conductive member having a substantially rectangular flat plate-shaped flat plate portion 150 and a plurality of substantially columnar air electrode side current collectors 134 projecting from the flat plate portion 150 toward the air electrode 114 side. (for example, ferritic stainless steel). The flat plate portion 150 is arranged so as to overlap the hole 71 of the upper terminal plate 70 when viewed in the Z-axis direction. In this embodiment, the surface of the interconnector 190 (the surface facing the air chamber 166) is formed with a conductive coating layer 194 made of, for example, spinel oxide. Below, the interconnector 190 covered with the covering layer 194 is simply referred to as the interconnector 190 . The interconnector 190 (more specifically, each air electrode-side current collector 134 of the interconnector 190) is connected to the air electrode 114 of the unit cell 110 via a conductive bonding material 196 made of, for example, spinel oxide. are spliced. Further, the surface of the interconnector 190 (the surface facing the fuel chamber 176 or the upper specific space 58 described below) is coated with a , a specific treatment (eg, annealing treatment) may be performed. The interconnectors 190 (except for the topmost interconnector 190X, which will be described later) ensure electrical continuity between the power generation units 102 and prevent mixing of reaction gases between the power generation units 102 . In addition, in this embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacently, one interconnector 190 is shared by the two adjacent power generation units 102 . That is, the upper interconnector 190 in one power generation unit 102 is the same member as the lower interconnector 190 in another power generation unit 102 adjacent to the upper side of the power generation unit 102 . In addition, the lower interconnector 190 of the power generation unit 102 located on the lowest side in the fuel cell stack 100 is electrically connected to the lower terminal plate 80 via a conductive joint material 196 . In addition, the upper interconnector 190 (hereinafter also referred to as the "top interconnector 190X") of the power generation unit 102 located at the uppermost position in the fuel cell stack 100 (hereinafter also referred to as the "upper specific power generation unit 102X") is , IC separator 180 (hereinafter also referred to as “uppermost IC separator 180X”) and/or other members (connecting member 48, cover member 50, cover separator 60) to be described later to the upper terminal plate 70. electrically connected. That is, the upper terminal plate 70 is electrically connected to the power generation block 103 . The uppermost interconnector 190X is arranged below the upper terminal plate 70 in the Z-axis direction.

IC用セパレータ180は、中央付近にZ軸方向に貫通する略矩形の第2のセパレータ貫通孔181が形成されたフレーム状の部材であり、例えば金属等の導電性材料により形成されている。IC用セパレータ180は、略板状である。本実施形態では、IC用セパレータ180における第2のセパレータ貫通孔181を取り囲む部分182(以下、「(以下、「第2のセパレータ貫通孔182」という。)」という。)は、インターコネクタ190(平板部150)の外周部における上側の表面に、レーザ溶接により接合されている。換言すれば、IC用セパレータ180とインターコネクタ190とが接する位置には、IC用セパレータ180とインターコネクタ190とを接合する溶接部232が形成されている。溶接部232の一部分は、溶接部材(IC用セパレータ180)の上面に露出しており、溶接部232の一部分は、被溶接部材(インターコネクタ190)内まで進入している。このため、IC用セパレータ180により、一の発電単位102における空気極114に面する空気室166と、その発電単位102に隣接する他の発電単位102における燃料極116に面する燃料室176とが区画され、インターコネクタ190の外周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(クロスリーク)が抑制される。また、本実施形態では、IC用セパレータ180における外周部は、燃料極側フレーム140の下側の表面に、レーザ溶接により接合されている。換言すれば、IC用セパレータ180と燃料極側フレーム140とが接する位置には、IC用セパレータ180と燃料極側フレーム140とを接合する溶接部231が形成されている。ある発電単位102に含まれる一対のIC用セパレータ180のうち、上側のIC用セパレータ180は、該発電単位102の空気室166と、該発電単位102に対して上側に隣り合う他の発電単位102の燃料室176とを区画する。また、ある発電単位102に含まれる一対のIC用セパレータ180のうち、下側のIC用セパレータ180は、該発電単位102の燃料室176と、該発電単位102に対して下側に隣り合う他の発電単位102の空気室166とを区画する。このように、IC用セパレータ180により、発電単位102の外周部における発電単位102間のガスのリークが抑制される。IC用セパレータ180は、特許請求の範囲におけるインターコネクタ用セパレータに相当する。 The IC separator 180 is a frame-shaped member having a substantially rectangular second separator through-hole 181 penetrating in the Z-axis direction near the center, and is made of a conductive material such as metal. The IC separator 180 has a substantially plate shape. In the present embodiment, a portion 182 (hereinafter referred to as “(hereinafter referred to as “second separator through-hole 182”)”) of the IC separator 180 surrounding the second separator through-hole 181 is the interconnector 190 ( It is joined to the upper surface of the outer peripheral portion of the flat plate portion 150) by laser welding. In other words, the welded portion 232 that joins the IC separator 180 and the interconnector 190 is formed at the position where the IC separator 180 and the interconnector 190 are in contact with each other. A portion of the welded portion 232 is exposed on the upper surface of the welded member (IC separator 180), and a portion of the welded portion 232 extends into the member to be welded (interconnector 190). Therefore, the IC separator 180 separates the air chamber 166 facing the air electrode 114 in one power generation unit 102 and the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116 in the other power generation unit 102 adjacent to that power generation unit 102. It is partitioned, and gas leak (cross leak) from one electrode side to the other electrode side in the outer peripheral portion of the interconnector 190 is suppressed. Further, in this embodiment, the outer peripheral portion of the IC separator 180 is joined to the lower surface of the fuel electrode side frame 140 by laser welding. In other words, the welded portion 231 that joins the IC separator 180 and the fuel electrode frame 140 is formed at the position where the IC separator 180 and the fuel electrode frame 140 are in contact with each other. Among the pair of IC separators 180 included in a power generation unit 102, the upper IC separator 180 is connected to the air chamber 166 of the power generation unit 102 and the other power generation unit 102 adjacent to the power generation unit 102 on the upper side. and the fuel chamber 176 of the . Also, of the pair of IC separators 180 included in a certain power generation unit 102, the lower IC separator 180 is adjacent to the fuel chamber 176 of the power generation unit 102 and the power generation unit 102 on the lower side. and the air chamber 166 of the power generation unit 102 . Thus, the IC separator 180 suppresses gas leakage between the power generation units 102 in the outer periphery of the power generation units 102 . The IC separator 180 corresponds to the interconnector separator in the claims.

最上位IC用セパレータ180Xは、他のIC用セパレータ180と同様に、中央付近にZ軸方向に貫通する略矩形の第2のセパレータ貫通孔181X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。また、本実施形態では、最上位IC用セパレータ180Xにおける貫通孔周囲部は、最上位インターコネクタ190Xの外周部における上側の表面に、レーザ溶接により接合されている。換言すれば、最上位IC用セパレータ180Xと最上位インターコネクタ190Xとが接する位置には、最上位IC用セパレータ180Xと最上位インターコネクタ190Xとを接合する溶接部212が形成されている。また、本実施形態では、最上位IC用セパレータ180Xにおける外周部は、上側ターミナルプレート70の下側の表面に、レーザ溶接により接合されている。換言すれば、最上位IC用セパレータ180Xと上側ターミナルプレート70とが接する位置には、最上位IC用セパレータ180Xと上側ターミナルプレート70とを接合する溶接部211が形成されている。 Similar to the other IC separators 180, the uppermost IC separator 180X is a frame-shaped member having a substantially rectangular second separator through-hole 181X penetrating in the Z-axis direction near the center. It is made of metal. Further, in the present embodiment, the peripheral portion of the through hole in the uppermost IC separator 180X is joined to the upper surface of the outer peripheral portion of the uppermost interconnector 190X by laser welding. In other words, the welded portion 212 that joins the uppermost IC separator 180X and the uppermost interconnector 190X is formed at the position where the uppermost IC separator 180X and the uppermost interconnector 190X contact each other. In this embodiment, the outer peripheral portion of the uppermost IC separator 180X is joined to the lower surface of the upper terminal plate 70 by laser welding. In other words, the welded portion 211 that joins the uppermost IC separator 180X and the upper terminal plate 70 is formed at the position where the uppermost IC separator 180X and the upper terminal plate 70 are in contact with each other.

IC用セパレータ180は、IC用セパレータ180の第2のセパレータ貫通孔(第2のセパレータ貫通孔181を取り囲む部分)182を含む内側部186と、内側部186より外周側に位置する外側部187と、内側部186と外側部187とを連結する連結部188とを備える。本実施形態では、内側部186および外側部187は、Z軸方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部188は、内側部186と外側部187との両方に対して下側(Z軸方向)に突出するように湾曲した形状となっている。 The IC separator 180 has an inner portion 186 including a second separator through-hole (portion surrounding the second separator through-hole 181) 182 of the IC separator 180, and an outer portion 187 located outside the inner portion 186. , and a connecting portion 188 that connects the inner portion 186 and the outer portion 187 . In this embodiment, the inner portion 186 and the outer portion 187 are substantially flat plates extending in a direction substantially orthogonal to the Z-axis direction. Moreover, the connecting portion 188 has a curved shape that protrudes downward (in the Z-axis direction) with respect to both the inner portion 186 and the outer portion 187 .

空気極側フレーム130は、中央付近にZ軸方向に貫通する略矩形の孔131が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム130の孔131は、空気極114に面する空気室166を構成する。空気極側フレーム130は、単セル用セパレータ120における電解質層112に対向する側とは反対側(上側)の表面の外周部と、上側のIC用セパレータ180における空気室166に対向する側(下側)の表面の外周部とに接触しており、両者の間のガスシール性(すなわち、空気室166のガスシール性)を確保するシール部材として機能する。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IC用セパレータ180間(すなわち、一対のインターコネクタ190間)が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム130には、酸化剤ガス供給マニホールド161と空気室166とを連通する酸化剤ガス供給連通孔132と、空気室166と酸化剤ガス排出マニホールド162とを連通する酸化剤ガス排出連通孔133とが形成されている。 The cathode-side frame 130 is a frame-shaped member having a substantially rectangular hole 131 penetrating in the Z-axis direction near the center, and is made of an insulator such as mica, for example. A hole 131 in the cathode-side frame 130 constitutes an air chamber 166 facing the cathode 114 . The air-electrode-side frame 130 consists of the outer peripheral portion of the surface of the single-cell separator 120 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 (upper side) and the side facing the air chamber 166 of the upper IC separator 180 (lower side). side), and functions as a sealing member that secures the gas-sealing property therebetween (that is, the gas-sealing property of the air chamber 166). Also, the cathode-side frame 130 electrically insulates between the pair of IC separators 180 included in the power generation unit 102 (that is, between the pair of interconnectors 190). The air electrode side frame 130 also has an oxidizing gas supply communication hole 132 that communicates the oxidizing gas supply manifold 161 and the air chamber 166, and an oxidizing gas supply communication hole 132 that communicates the air chamber 166 and the oxidizing gas discharge manifold 162. A discharge communication hole 133 is formed.

燃料極側フレーム140は、中央付近にZ軸方向に貫通する略矩形の孔141が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム140の孔141は、燃料極116に面する燃料室176を構成する。燃料極側フレーム140は、単セル用セパレータ120における電解質層112に対向する側(下側)の表面の外周部と、下側のIC用セパレータ180における燃料室176に対向する側(上側)の表面の外周部とに接触している。また、燃料極側フレーム140には、燃料ガス供給マニホールド171と燃料室176とを連通する燃料ガス供給連通孔142と、燃料室176と燃料ガス排出マニホールド172とを連通する燃料ガス排出連通孔143とが形成されている。 The fuel electrode side frame 140 is a frame-shaped member having a substantially rectangular hole 141 penetrating in the Z-axis direction near the center, and is made of metal, for example. A hole 141 in the anode-side frame 140 constitutes a fuel chamber 176 facing the anode 116 . The fuel electrode-side frame 140 is formed on the outer periphery of the surface of the single cell separator 120 on the side (lower side) facing the electrolyte layer 112 and on the side (upper side) of the IC separator 180 on the lower side facing the fuel chamber 176 . It is in contact with the perimeter of the surface. Further, the fuel electrode side frame 140 has a fuel gas supply communication hole 142 that communicates the fuel gas supply manifold 171 and the fuel chamber 176, and a fuel gas discharge communication hole 143 that communicates the fuel chamber 176 and the fuel gas discharge manifold 172. and are formed.

燃料極側集電部材148は、燃料室176内に配置されている。燃料極側集電部材148は、導電性部144と弾性部149とを有する。導電性部144は、燃料極116とインターコネクタ190とを電気的に接続する部分であり、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。導電性部144は、燃料極116の下側の表面に接触した電極対向部145と、インターコネクタ190の上側の表面に接触したインターコネクタ対向部146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とを有している。また、弾性部149は、燃料極側集電部材148の弾性を確保するための部分であり、例えば、マイカ等により形成されている。導電性部144のうちのインターコネクタ対向部146は、Z軸方向においてインターコネクタ190と弾性部149との間に配置され、導電性部144のうちの電極対向部145は、Z軸方向において燃料極116と弾性部149との間に配置されている。これにより、燃料極側集電部材148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148を介した燃料極116とインターコネクタ190との電気的接続が良好に維持される。なお、絶縁性部分129の構成については、後述する。 The fuel electrode side collector member 148 is arranged in the fuel chamber 176 . The fuel electrode side collector member 148 has a conductive portion 144 and an elastic portion 149 . The conductive portion 144 is a portion that electrically connects the fuel electrode 116 and the interconnector 190, and is made of, for example, nickel, nickel alloy, stainless steel, or the like. The conductive portion 144 includes an electrode facing portion 145 in contact with the lower surface of the fuel electrode 116 , an interconnector facing portion 146 in contact with the upper surface of the interconnector 190 , an electrode facing portion 145 and an interconnector facing portion 146 . It has a connecting portion 147 that connects the . In addition, the elastic portion 149 is a portion for ensuring elasticity of the fuel electrode side collector member 148, and is formed of, for example, mica. The interconnector-facing portion 146 of the conductive portion 144 is disposed between the interconnector 190 and the elastic portion 149 in the Z-axis direction, and the electrode-facing portion 145 of the conductive portion 144 is disposed in the Z-axis direction. It is arranged between the pole 116 and the elastic portion 149 . As a result, the fuel electrode side current collecting member 148 follows the deformation of the power generation unit 102 due to temperature cycles and reaction gas pressure fluctuations, and the fuel electrode 116 and the interconnector 190 are electrically connected via the fuel electrode side current collecting member 148. is well maintained. The configuration of the insulating portion 129 will be described later.

(燃料電池スタック100の最上部付近の構成) (Configuration near top of fuel cell stack 100)

図4および図5に示すように、本実施形態の燃料電池スタック100は、最も上側に位置する発電単位102(上側特定発電単位102X)より上側に配置されたカバー部材50およびカバー用セパレータ60を備える。カバー部材50は、Z軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、導電性材料(例えば金属)により形成されている。また、カバー部材50の表面(後述の上側特定空間58に面する表面)には、カバー部材50からの汚染物質(例えば、Cr(クロム))の放出・拡散を抑制するために、特定の処理(例えば、アニール処理)が施されていてもよい。カバー部材50は、上側ターミナルプレート70に形成された孔71内に配置されている。また、カバー部材50は、上側特定発電単位102Xに含まれる上側のインターコネクタ190(最上位インターコネクタ190X)に対してZ軸方向に離隔しつつ隣り合っている。すなわち、カバー部材50と、最上位インターコネクタ190Xとの間には、空間(上側ターミナルプレート70の孔71により構成される空間であり、以下、「上側特定空間58」という。)が形成されている。上側特定空間58は、燃料電池スタック100に含まれる複数の単セル110(すべての単セル110)に対して上側に位置している。 As shown in FIGS. 4 and 5, the fuel cell stack 100 of this embodiment includes a cover member 50 and a cover separator 60 arranged above the uppermost power generation unit 102 (upper specific power generation unit 102X). Prepare. The cover member 50 is a substantially rectangular plate-shaped member when viewed in the Z-axis direction, and is made of a conductive material (for example, metal). Further, the surface of the cover member 50 (the surface facing the upper specific space 58 described later) is subjected to a specific treatment to suppress the release and diffusion of contaminants (for example, Cr (chromium)) from the cover member 50. (For example, annealing treatment) may be performed. The cover member 50 is arranged within a hole 71 formed in the upper terminal plate 70 . In addition, the cover member 50 is adjacent to and separated from the upper interconnector 190 (top interconnector 190X) included in the upper specific power generation unit 102X in the Z-axis direction. That is, a space (a space formed by the holes 71 of the upper terminal plate 70, hereinafter referred to as an "upper specific space 58") is formed between the cover member 50 and the uppermost interconnector 190X. there is The upper specific space 58 is located above the plurality of unit cells 110 (all unit cells 110) included in the fuel cell stack 100. As shown in FIG.

また、カバー用セパレータ60は、中央付近にZ軸方向に貫通する略矩形の孔61が形成されたフレーム状の部材であり、例えば金属等の導電性材料により形成されている。本実施形態では、カバー用セパレータ60における孔61を取り囲む部分(以下、「貫通孔周囲部」という。)は、カバー部材50の外周部における上側の表面に、レーザ溶接により接合されている。換言すれば、カバー用セパレータ60とカバー部材50とが接する位置には、カバー用セパレータ60とカバー部材50とを接合する溶接部222が形成されている。また、カバー用セパレータ60における外周部は、上側ターミナルプレート70の上側の表面に、レーザ溶接により接合されている。換言すれば、カバー用セパレータ60と上側ターミナルプレート70とが接する位置には、カバー用セパレータ60と上側ターミナルプレート70とを接合する溶接部221が形成されている。カバー用セパレータ60(および最上位インターコネクタ190Xに接合された最上位IC用セパレータ180X)により、上側特定空間58が画定される。 The cover separator 60 is a frame-like member having a substantially rectangular hole 61 extending in the Z-axis direction near the center thereof, and is made of a conductive material such as metal. In the present embodiment, the portion of the cover separator 60 surrounding the hole 61 (hereinafter referred to as the “through hole surrounding portion”) is joined to the upper surface of the outer peripheral portion of the cover member 50 by laser welding. In other words, the welded portion 222 that joins the cover separator 60 and the cover member 50 is formed at the position where the cover separator 60 and the cover member 50 are in contact with each other. Further, the outer peripheral portion of the cover separator 60 is joined to the upper surface of the upper terminal plate 70 by laser welding. In other words, the welded portion 221 that joins the cover separator 60 and the upper terminal plate 70 is formed at the position where the cover separator 60 and the upper terminal plate 70 are in contact with each other. The upper specific space 58 is defined by the cover separator 60 (and the uppermost IC separator 180X joined to the uppermost interconnector 190X).

カバー用セパレータ60は、カバー用セパレータ60の貫通孔周囲部(孔61を取り囲む部分)を含む内側部66と、内側部66より外周側に位置する外側部67と、内側部66と外側部67とを連結する連結部68とを備える。本実施形態では、内側部66および外側部67は、Z軸方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部68は、内側部66と外側部67との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状となっている。 The cover separator 60 includes an inner portion 66 including the through-hole peripheral portion (portion surrounding the hole 61) of the cover separator 60, an outer portion 67 located outside the inner portion 66, and the inner portion 66 and the outer portion 67. and a connection portion 68 that connects the In this embodiment, the inner portion 66 and the outer portion 67 are substantially flat plates extending in a direction substantially orthogonal to the Z-axis direction. Further, the connecting portion 68 has a curved shape that protrudes downward from both the inner portion 66 and the outer portion 67 .

また、図4および図5に示すように、本実施形態の燃料電池スタック100は、さらに、上側特定空間58に配置された接続部材48を備える。本実施形態では、接続部材48は、燃料極側集電部材148と同様の構成を有している。すなわち、接続部材48は、導電性部44と弾性部49とを有する。導電性部44は、カバー部材50と、最上位インターコネクタ190Xとを電気的に接続する部分であり、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。導電性部44は、カバー部材50の下側の表面に接触したカバー部材対向部45と、最上位インターコネクタ190Xの上側の表面に接触したインターコネクタ対向部46と、カバー部材対向部45とインターコネクタ対向部46とをつなぐ連接部47とを有している。また、弾性部49は、接続部材48の弾性を確保するための部分であり、例えば、マイカ等により形成されている。導電性部44のうちのインターコネクタ対向部46は、Z軸方向において最上位インターコネクタ190Xと弾性部49との間に配置され、導電性部44のうちのカバー部材対向部45は、Z軸方向においてカバー部材50と弾性部49との間に配置されている。 Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the fuel cell stack 100 of this embodiment further includes a connecting member 48 arranged in the upper specific space 58. As shown in FIG. In this embodiment, the connection member 48 has the same configuration as the fuel electrode side collector member 148 . That is, the connection member 48 has the conductive portion 44 and the elastic portion 49 . The conductive portion 44 is a portion that electrically connects the cover member 50 and the uppermost interconnector 190X, and is made of, for example, nickel, nickel alloy, stainless steel, or the like. The conductive portion 44 includes a cover member facing portion 45 in contact with the lower surface of the cover member 50, an interconnector facing portion 46 in contact with the upper surface of the uppermost interconnector 190X, and an interface with the cover member facing portion 45. It has a connecting portion 47 that connects with the connector facing portion 46 . The elastic portion 49 is a portion for ensuring the elasticity of the connecting member 48, and is made of mica or the like, for example. The interconnector facing portion 46 of the conductive portion 44 is arranged between the uppermost interconnector 190X and the elastic portion 49 in the Z-axis direction, and the cover member facing portion 45 of the conductive portion 44 is disposed in the Z-axis direction. It is arranged between the cover member 50 and the elastic portion 49 in the direction.

本実施形態の燃料電池スタック100は、その最上部付近において、上側ターミナル単位270を有している。上側ターミナル単位270は、以下に説明するターミナル構造を有している。すなわち、上側ターミナル単位270は、発電ブロック103に対してZ軸方向の一方側(上側)に配置されており、上側ターミナルプレート70と、最上位インターコネクタ190Xと、カバー部材50と、接続部材48と、最上位IC用セパレータ180Xと、カバー用セパレータ60とを備えている。上述のように、上側ターミナルプレート70は、発電ブロック103に電気的に接続されている。このため、上側ターミナルプレート70を含む上側ターミナル単位270も、発電ブロック103に電気的に接続されている。また、上側ターミナル単位270において、上側ターミナルプレート70は、上述のように、最上位IC用セパレータ180Xとカバー用セパレータ60とに、それぞれ、レーザ溶接により接合されている。換言すれば、上側ターミナルプレート70は、両者にそれぞれ電気的に接続されている。なお、上側ターミナル単位270において、カバー用セパレータ60は、最も上側に配置されており、上側絶縁シート92は、カバー用セパレータ60の上側に配置されている。また、最上位IC用セパレータ180Xは、上側特定空間58と、上側特定発電単位102Xの空気室166とを区画する。 The fuel cell stack 100 of this embodiment has an upper terminal unit 270 near its top. Upper terminal unit 270 has a terminal structure described below. That is, the upper terminal unit 270 is arranged on one side (upper side) of the power generation block 103 in the Z-axis direction, and includes the upper terminal plate 70, the uppermost interconnector 190X, the cover member 50, and the connection member 48. , a top IC separator 180X, and a cover separator 60. As shown in FIG. As mentioned above, upper terminal plate 70 is electrically connected to generator block 103 . Therefore, the upper terminal unit 270 including the upper terminal plate 70 is also electrically connected to the power generation block 103 . In the upper terminal unit 270, the upper terminal plate 70 is joined to the uppermost IC separator 180X and the cover separator 60 by laser welding, as described above. In other words, the upper terminal plate 70 is electrically connected to both. In the upper terminal unit 270 , the cover separator 60 is arranged on the uppermost side, and the upper insulating sheet 92 is arranged above the cover separator 60 . Also, the uppermost IC separator 180X separates the upper specific space 58 from the air chamber 166 of the upper specific power generation unit 102X.

A-2.燃料電池スタック100の動作:
図2および図4に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド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供給マニホールド161に供給され、酸化剤ガス供給マニホールド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、燃料ガス供給マニホールド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供給マニホールド171に供給され、燃料ガス供給マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給連通孔142を介して、燃料室176に供給される。
A-2. Operation of fuel cell stack 100:
As shown in FIGS. 2 and 4, the oxidant gas OG is supplied through 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 supply manifold 161. Then, the oxidizing gas OG is supplied to the oxidizing gas supply manifold 161 via the branch portion 29 of the gas passage member 27 and the hole of the main body portion 28, and the oxidizing gas OG is supplied from the oxidizing gas supply manifold 161 to each power generation unit 102. The agent gas is supplied to the air chamber 166 through the agent gas supply communication hole 132 . 3 and 5, the fuel gas FG is supplied through 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 supply manifold 171. Then, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas supply manifold 171 via the branch portion 29 of the gas passage member 27 and the hole of the main body portion 28, and the fuel gas supply communication of each power generation unit 102 from the fuel gas supply manifold 171. It is supplied to fuel chamber 176 through hole 142 .

各発電単位102の空気室166に酸化剤ガスOGが供給され、燃料室176に燃料ガスFGが供給されると、単セル110において酸化剤ガスOGおよび燃料ガスFGの電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位102において、単セル110の空気極114は導電性接合材196を介してインターコネクタ190に電気的に接続され、燃料極116は燃料極側集電部材148を介してインターコネクタ190に電気的に接続されている。すなわち、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。また、燃料電池スタック100において、最も上側に位置する発電単位102(上側特定発電単位102X)の上側のインターコネクタ190(最上位インターコネクタ190X)は上側ターミナルプレート70に電気的に接続されており、最も下側に位置する発電単位102の下側のインターコネクタ190は下側ターミナルプレート80に電気的に接続されている。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一対のターミナルプレート70,80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, electric power is generated in the single cell 110 by the electrochemical reaction of the oxidant gas OG and the fuel gas FG. will be This power generation reaction is an exothermic reaction. In each power generation unit 102, the air electrode 114 of the single cell 110 is electrically connected to the interconnector 190 via the conductive bonding material 196, and the fuel electrode 116 is connected to the interconnector 190 via the fuel electrode side collector member 148. electrically connected. That is, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. In the fuel cell stack 100, the upper interconnector 190 (top interconnector 190X) of the uppermost power generation unit 102 (upper specific power generation unit 102X) is electrically connected to the upper terminal plate 70, The lower interconnector 190 of the lowermost power generation unit 102 is electrically connected to the lower terminal plate 80 . Therefore, the electrical energy generated in each power generation unit 102 is taken out from the pair of terminal plates 70 , 80 functioning as output terminals of the fuel cell stack 100 . Since the SOFC generates power at a relatively high temperature (for example, 700° C. to 1000° C.), the fuel cell stack 100 is heated by the heater ( (not shown).

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

A-3.絶縁性部分129の構成:
図6は、図4のVI-VIの位置における燃料電池スタック100のXY断面構成を示す説明図である。以下、図4および図6を参照しながら、絶縁性部分129の構成について説明する。
A-3. Configuration of insulating portion 129:
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the XY cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position VI-VI in FIG. The configuration of the insulating portion 129 will be described below with reference to FIGS. 4 and 6. FIG.

上述したように、本実施形態の燃料電池スタック100は、10個の絶縁性部分129(129a、・・・、129j)を備えている。各絶縁性部分129は、ガラスにより構成されている。各絶縁性部分129は、図4に示すようにY軸方向視において略山形の形状をなしており、図6に示すようにZ軸方向視において略円形をなしている。 As described above, the fuel cell stack 100 of this embodiment includes ten insulating portions 129 (129a, . . . , 129j). Each insulating portion 129 is made of glass. Each insulating portion 129 has a substantially chevron shape when viewed in the Y-axis direction as shown in FIG. 4, and a substantially circular shape when viewed in the Z-axis direction as shown in FIG.

図4に示すように、各絶縁性部分129は、第1のセパレータ内周部122(単セル用セパレータ120における第1のセパレータ貫通孔121を取り囲む部分)の上側の表面に配置されている。 As shown in FIG. 4, each insulating portion 129 is arranged on the upper surface of the first separator inner circumferential portion 122 (the portion surrounding the first separator through-hole 121 in the single-cell separator 120).

各絶縁性部分129は、第1のセパレータ内周部122とインターコネクタ190との間に位置している。本実施形態では、各絶縁性部分129は、Z軸方向視において、ガラスシール部125の外側に位置し、かつ、ガラスシール部125から離隔するように配置されている。 Each insulating portion 129 is located between the first separator inner periphery 122 and the interconnector 190 . In the present embodiment, each insulating portion 129 is positioned outside the glass seal portion 125 and separated from the glass seal portion 125 when viewed in the Z-axis direction.

各絶縁性部分129は、Z軸方向視において、第1のセパレータ内周部122とインターコネクタ190とに重なっている。従って、各絶縁性部分129は、Z軸方向視において、第1のセパレータ内周部122とインターコネクタ190とに重なる部分を有している、といえる。 Each insulating portion 129 overlaps the first separator inner peripheral portion 122 and the interconnector 190 when viewed in the Z-axis direction. Therefore, it can be said that each insulating portion 129 has a portion that overlaps the first separator inner peripheral portion 122 and the interconnector 190 when viewed in the Z-axis direction.

本実施形態では、各絶縁性部分129(本実施形態では、10個の絶縁性部分129の各々)の全体は、Z軸方向視において単セル110に重なっている。 In this embodiment, each insulating portion 129 (each of ten insulating portions 129 in this embodiment) as a whole overlaps the single cell 110 when viewed in the Z-axis direction.

図6に示すように、10個の絶縁性部分129(129a、・・・、129j)は、Z軸方向視において、第1のセパレータ内周部122の周方向に沿って互いに離隔しつつ並んでいる。 As shown in FIG. 6, the ten insulating portions 129 (129a, . I'm in.

10個の絶縁性部分129(129a、・・・、129j)のうちの5個の絶縁性部分129(129a、・・・、129e)は、X軸方向(酸化剤ガスOGの流れ方向FD)において空気極114よりも上流側に位置し、かつ、Y軸方向(空気室166における酸化剤ガスOGの流れ方向FDに交差する方向)に沿うように並んでいる。この5個の絶縁性部分129(129a、・・・、129e)は、Y軸負方向に、129a、129b、129c、129d、129eの順に並んでいる。以下、この5個の絶縁性部分129(129a、・・・、129e)により構成される群G1を「上流側絶縁性部分群G1」という。 Five insulating portions 129 (129a, . . . , 129e) out of ten insulating portions 129 (129a, . , and are arranged along the Y-axis direction (the direction intersecting with the flow direction FD of the oxidant gas OG in the air chamber 166). The five insulating portions 129 (129a, . . . , 129e) are arranged in the negative Y-axis direction in the order 129a, 129b, 129c, 129d, 129e. Hereinafter, the group G1 composed of the five insulating portions 129 (129a, . . . , 129e) will be referred to as "upstream side insulating portion group G1".

図6に示す直線L1(以下、「第1の直線L1」という。)は、Z軸方向視において、空気極114の中心Cを通り、かつ、酸化剤ガスOGの流れ方向FDに沿う仮想直線である。なお、空気極114の中心Cは、空気極114の重心と解釈されてもよい。以下、上流側絶縁性部分群G1に含まれる5個の絶縁性部分129(129a、・・・、129e)のうち、第1の直線L1に比較的近い複数の絶縁性部分129(本実施形態では、3個の絶縁性部分129b、129c、129d)により構成される群G11を「中央側群G11」といい、中央側群G11と比較して第1の直線L1から離れている複数の絶縁性部分129(本実施形態では、4個の絶縁性部分129a、129b、129d、129e)により構成される群G12を「端側群G12」という。なお、ここでいう「群Aと比較して第1の直線L1から離れている複数の絶縁性部分129により構成される群B」とは、「群Bに含まれる少なくとも1個の絶縁性部分129は、群Aに含まれるいずれの絶縁性部分129よりも第1の直線L1から離れている」という条件を満たす群である。 A straight line L1 shown in FIG. 6 (hereinafter referred to as “first straight line L1”) is an imaginary straight line passing through the center C of the air electrode 114 and along the flow direction FD of the oxidizing gas OG when viewed in the Z-axis direction. is. Note that the center C of the air electrode 114 may be interpreted as the center of gravity of the air electrode 114 . Hereinafter, among the five insulating portions 129 (129a, . Then, the group G11 composed of the three insulating portions 129b, 129c, 129d) is referred to as a "central side group G11", and a plurality of insulating portions separated from the first straight line L1 as compared with the central side group G11. A group G12 composed of the insulating portions 129 (in this embodiment, four insulating portions 129a, 129b, 129d, and 129e) is called an "end side group G12." Note that the “group B composed of a plurality of insulating portions 129 farther from the first straight line L1 than in the group A” here means “at least one insulating portion included in the group B. 129 is a group that satisfies the condition that "it is farther from the first straight line L1 than any of the insulating portions 129 included in group A".

Z軸方向視において、中央側群G11における隣り合う絶縁性部分129間の間隔(絶縁性部分129bと絶縁性部分129cとの間隔I12、絶縁性部分129cと絶縁性部分129dとの間隔I13)は、端側群G12における隣り合う絶縁性部分の間隔(絶縁性部分129aと絶縁性部分129bとの間隔I11、絶縁性部分129dと絶縁性部分129eとの間隔I14)よりも大きい。なお、本実施形態では、絶縁性部分129bと絶縁性部分129cとの間隔I12と、絶縁性部分129cと絶縁性部分129dとの間隔I13は、同等である。また、絶縁性部分129aと絶縁性部分129bとの間隔I11と、絶縁性部分129dと絶縁性部分129eとの間隔I14は、同等である。 When viewed in the Z-axis direction, the distance between the adjacent insulating portions 129 in the center side group G11 (the distance I12 between the insulating portions 129b and 129c, and the distance I13 between the insulating portions 129c and 129d) is , the distance between adjacent insulating portions in the end group G12 (the distance I11 between the insulating portions 129a and 129b and the distance I14 between the insulating portions 129d and 129e). In this embodiment, the interval I12 between the insulating portions 129b and 129c and the interval I13 between the insulating portions 129c and 129d are the same. Also, the interval I11 between the insulating portions 129a and 129b and the interval I14 between the insulating portions 129d and 129e are the same.

上流側絶縁性部分群G1に含まれる5個の絶縁性部分129(129a、・・・、129e)と同様に、10個の絶縁性部分129(129a、・・・、129j)のうちの残りの5個の絶縁性部分129(129f、・・・、129j)は、X軸方向において空気極114よりも下流側に位置し、かつ、Y軸方向に沿うように並んでいる。この5個の絶縁性部分129(129f、・・・、129j)は、Y軸負方向に、129f、129g、129h、129i、129jの順に並んでいる。以下、この5個の絶縁性部分129(129f、・・・、129j)により構成される群G2を「下流側絶縁性部分群G2」という。また、下流側絶縁性部分群G2に含まれる5個の絶縁性部分129(129f、・・・、129j)のうち、第1の直線L1に比較的近い複数の絶縁性部分129(本実施形態では、3個の絶縁性部分129g、129h、129i)により構成される群G21を「中央側群G21」といい、中央側群G21と比較して第1の直線L1から離れている複数の絶縁性部分129(本実施形態では、4個の絶縁性部分129f、129g、129i、129j)により構成される群G22を「端側群G22」という。 Like the five insulating portions 129 (129a, . The five insulating portions 129 (129f, . . . , 129j) of are located downstream of the air electrode 114 in the X-axis direction and are arranged along the Y-axis direction. The five insulating portions 129 (129f, . . . , 129j) are arranged in the negative Y-axis direction in the order 129f, 129g, 129h, 129i, 129j. Hereinafter, the group G2 composed of the five insulating portions 129 (129f, . . . , 129j) will be referred to as "downstream insulating portion group G2". In addition, among the five insulating portions 129 (129f, . Then, the group G21 composed of the three insulating portions 129g, 129h, 129i) is referred to as a "central side group G21", and a plurality of insulating portions separated from the first straight line L1 as compared with the central side group G21. A group G22 composed of the insulating portions 129 (in this embodiment, four insulating portions 129f, 129g, 129i and 129j) is called an "end side group G22".

Z軸方向視において、中央側群G21における隣り合う絶縁性部分129間の間隔(絶縁性部分129gと絶縁性部分129hとの間隔I22、絶縁性部分129hと絶縁性部分129iとの間隔I23)は、端側群G22における隣り合う絶縁性部分の間隔(絶縁性部分129fと絶縁性部分129gとの間隔I21、絶縁性部分129iと絶縁性部分129jとの間隔I24)よりも大きい。なお、本実施形態では、絶縁性部分129gと絶縁性部分129hとの間隔I22と、絶縁性部分129hと絶縁性部分129iとの間隔I23は、同等である。また、絶縁性部分129fと絶縁性部分129gとの間隔I21と、絶縁性部分129iと絶縁性部分129jとの間隔I24は、同等である。 When viewed in the Z-axis direction, the distance between the adjacent insulating portions 129 in the center side group G21 (the distance I22 between the insulating portions 129g and 129h and the distance I23 between the insulating portions 129h and 129i) is , the distance between adjacent insulating portions in the end group G22 (the distance I21 between the insulating portions 129f and 129g and the distance I24 between the insulating portions 129i and 129j). In this embodiment, the interval I22 between the insulating portion 129g and the insulating portion 129h and the interval I23 between the insulating portion 129h and the insulating portion 129i are the same. Also, the interval I21 between the insulating portion 129f and the insulating portion 129g and the interval I24 between the insulating portion 129i and the insulating portion 129j are the same.

また、本実施形態の発電単位102は、さらに、フェルト部材41を備える。図6に示すように、フェルト部材41は、空気室166において、酸化剤ガスOGの主たる流れ方向(X軸方向)に直交する方向(Y軸方向)の両端の位置(Z軸方向において単セル110の空気極114と重ならない位置)に充填されている。また、図示は省略してあるが、フェルト部材41は、燃料室176において、燃料ガスFGの主たる流れ方向(Y軸方向)に直交する方向(X軸方向)の両端の位置(Z軸方向において単セル110の空気極114と重ならない位置)にも充填されている。フェルト部材41の存在により、空気室166に供給された酸化剤ガスOGまたは燃料室176に供給された燃料ガスFGが、発電にあまり寄与しない領域を通過して空気室166または燃料室176から排出されることを抑制することができ、発電効率を向上させることができる。 Moreover, the power generation unit 102 of this embodiment further includes a felt member 41 . As shown in FIG. 6, in the air chamber 166, the felt members 41 are positioned at both ends (in the Z-axis direction) of the direction (Y-axis direction) perpendicular to the main flow direction (X-axis direction) of the oxidant gas OG (single cell position). 110 at a position not overlapping with the air electrode 114). Although not shown, the felt members 41 are positioned at both ends (in the Z-axis direction) of the fuel chamber 176 in the direction (X-axis direction) orthogonal to the main flow direction (Y-axis direction) of the fuel gas FG. A position not overlapping the air electrode 114 of the unit cell 110) is also filled. Due to the presence of the felt member 41, the oxidizing gas OG supplied to the air chamber 166 or the fuel gas FG supplied to the fuel chamber 176 passes through the region that does not contribute much to power generation and is discharged from the air chamber 166 or the fuel chamber 176. can be suppressed, and the power generation efficiency can be improved.

A-4.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、Z軸方向(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)の発電単位102により構成される発電ブロック103を備える。発電単位102は、単セル110と、インターコネクタ190と、単セル用セパレータ120とを備える。単セル110は、電解質層112と、電解質層112のZ軸方向の一方側(上側)に配置された空気極114と、電解質層112のZ軸方向の他方側(下側)に配置された燃料極116とを備える。インターコネクタ190は、空気極114のZ軸方向の一方側(上側)に配置されており、かつ、空気極114と電気的に接続されている。単セル用セパレータ120は、略板状であり、かつ、Z軸方向に貫通する第1のセパレータ貫通孔121が形成された部材である。第1のセパレータ内周部122(第1のセパレータ内周部122における第1のセパレータ貫通孔121を取り囲む部分)は、電解質層112とインターコネクタ190の間に位置している。燃料電池スタック100は、第1のセパレータ内周部122とインターコネクタ190との間に位置し、かつ、Z軸方向視において、第1のセパレータ内周部122とインターコネクタ190とに重なる部分を有する複数(本実施形態では、10個)の絶縁性部分129(129a、・・・、129j)を備える。複数の絶縁性部分129(129a、・・・、129j)は、第1のセパレータ内周部122の周方向に沿って互いに離隔しつつ並んでいる。
A-4. Effect of this embodiment:
As described above, the fuel cell stack 100 of this embodiment includes the power generation block 103 composed of a plurality of (seven in this embodiment) power generation units 102 arranged side by side in the Z-axis direction (vertical direction). . The power generation unit 102 includes a single cell 110 , an interconnector 190 and a single cell separator 120 . The single cell 110 includes an electrolyte layer 112, an air electrode 114 arranged on one side (upper side) of the electrolyte layer 112 in the Z-axis direction, and an air electrode 114 arranged on the other side (lower side) of the electrolyte layer 112 in the Z-axis direction. and a fuel electrode 116 . The interconnector 190 is arranged on one side (upper side) of the air electrode 114 in the Z-axis direction, and is electrically connected to the air electrode 114 . The single cell separator 120 is a member having a substantially plate shape and having a first separator through-hole 121 penetrating in the Z-axis direction. First separator inner peripheral portion 122 (the portion of first separator inner peripheral portion 122 surrounding first separator through-hole 121 ) is located between electrolyte layer 112 and interconnector 190 . The fuel cell stack 100 is located between the first separator inner peripheral portion 122 and the interconnector 190 and has a portion overlapping the first separator inner peripheral portion 122 and the interconnector 190 as viewed in the Z-axis direction. A plurality (10 in this embodiment) of insulating portions 129 (129a, . . . , 129j) are provided. A plurality of insulating parts 129 (129a, .

本実施形態の燃料電池スタック100によれば、運転中の温度変化により単セル110やインターコネクタ190が熱膨張または熱収縮して反ったときに、上述した複数の絶縁性部分129(129a、・・・、129j)の存在により、単セル用セパレータ120とインターコネクタ190とが短絡することを抑制することができる。 According to the fuel cell stack 100 of this embodiment, when the unit cells 110 and the interconnectors 190 are warped due to thermal expansion or thermal contraction due to temperature changes during operation, the plurality of insulating portions 129 (129a, . . . , 129j), short-circuiting between the single cell separator 120 and the interconnector 190 can be suppressed.

絶縁性部分129は、酸化剤ガスOGが通る空間である空気室166(厳密には、単セル110とインターコネクタ190との間の空間であり、空気室166の一部)に面するため、極力、酸化剤ガスOGの流れ(ひいては、拡散性)を阻害しない構成であることが好ましい。仮に、上述した複数の絶縁性部分129に換えて、第1のセパレータ内周部122の周方向の全周にわたって形成された絶縁性部分を備える構成としたときには、酸化剤ガスOGの流れが阻害され、酸化剤ガスOGの拡散性が著しく低下する。これに対し、本実施形態の燃料電池スタック100では、第1のセパレータ内周部122の周方向に沿って互いに離隔しつつ並んでいる複数の絶縁性部分129を備える構成とすることにより、絶縁性部分129と絶縁性部分129との間に酸化剤ガスOGが流れる空間を有する分だけ、酸化剤ガスOGの流れを阻害することが軽減される。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、第1のセパレータ内周部122の周方向の全周にわたって形成された絶縁性部分129を備える構成と比較して、酸化剤ガスOGの拡散性の低下を抑制することができる。 Since the insulating portion 129 faces an air chamber 166 (strictly speaking, a space between the single cell 110 and the interconnector 190 and a part of the air chamber 166) through which the oxidant gas OG passes, It is preferable to have a configuration that does not impede the flow (and thus diffusion) of the oxidant gas OG as much as possible. If, instead of the plurality of insulating portions 129 described above, an insulating portion formed over the entire circumferential direction of the first separator inner peripheral portion 122 is provided, the flow of the oxidant gas OG is obstructed. , and the diffusibility of the oxidant gas OG is remarkably lowered. In contrast, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, a plurality of insulating portions 129 are arranged along the circumferential direction of the first separator inner peripheral portion 122 while being spaced apart from each other. Since there is a space between the insulating portion 129 and the insulating portion 129 through which the oxidant gas OG flows, the obstruction to the flow of the oxidant gas OG is reduced. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, diffusion of the oxidant gas OG is greater than that of the configuration including the insulating portion 129 formed over the entire circumference of the first separator inner peripheral portion 122 in the circumferential direction. It is possible to suppress the decrease in sexuality.

なお、上述のように単セル用セパレータ120とインターコネクタ190とが短絡することを抑制する観点から、Z軸方向における絶縁性部分129の幅は、第1のセパレータ内周部122とインターコネクタ190(本実施形態では、平板部150)との間の空間の幅(Z軸方向の幅)の20%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましい。また、上述のように単セル用セパレータ120とインターコネクタ190とが短絡することを抑制することと、および酸化剤ガスOGの拡散性の低下を抑制することを両立させる観点から、Y軸方向(複数の絶縁性部分129が並ぶ方向)における隣り合う絶縁性部分129間の間隔は、隣り合う当該絶縁性部分129の幅(Y軸方向の幅)の100%以上であり、かつ、500%以下であることが特に好ましく、200%以上であり、かつ、400%以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of suppressing the short circuit between the single cell separator 120 and the interconnector 190 as described above, the width of the insulating portion 129 in the Z-axis direction is set to be equal to that of the first separator inner peripheral portion 122 and the interconnector 190. (In this embodiment, the flat plate portion 150) is preferably 20% or more of the width (width in the Z-axis direction) of the space, and more preferably 30% or more. In addition, from the viewpoint of suppressing the short circuit between the single cell separator 120 and the interconnector 190 as described above and suppressing the decrease in the diffusibility of the oxidant gas OG, the Y-axis direction ( The distance between the adjacent insulating portions 129 in the direction in which the plurality of insulating portions 129 are arranged) is 100% or more and 500% or less of the width of the adjacent insulating portions 129 (the width in the Y-axis direction). is particularly preferable, and it is more preferably 200% or more and 400% or less.

また、本実施形態の燃料電池スタック100では、絶縁性部分129(本実施形態では、10個の絶縁性部分129の各々)の全体は、Z軸方向視において単セル110に重なっている。 In addition, in the fuel cell stack 100 of this embodiment, the entire insulating portion 129 (each of the ten insulating portions 129 in this embodiment) overlaps the single cell 110 as viewed in the Z-axis direction.

仮に、ある絶縁性部分129(以下、「特定絶縁性部分」という。)の一部のみが単セル110に重なっている構成においては、燃料電池スタック100の運転中に、各部材(特に、単セル用セパレータ120)は、Z軸方向視において特定絶縁性部分のうち、単セル110に重なっている部分と単セル110に重なっていない部分との境界付近で熱膨張または熱収縮しやすい。そのため、特定絶縁性部分のうち、Z軸方向視において単セル110に重なっている部分と、単セル110に重なっていない部分との境界付近において割れが生じるおそれがある。 In a configuration in which only a portion of a certain insulating portion 129 (hereinafter referred to as a “specific insulating portion”) overlaps with the unit cell 110, each member (especially the unit The cell separator 120) tends to thermally expand or contract in the vicinity of the boundary between the portion overlapping the unit cell 110 and the portion not overlapping the unit cell 110 among the specific insulating portions when viewed in the Z-axis direction. Therefore, cracks may occur near the boundary between a portion of the specific insulating portion that overlaps the unit cell 110 and a portion that does not overlap the unit cell 110 as viewed in the Z-axis direction.

これに対し、本実施形態の燃料電池スタック100では、絶縁性部分129(本実施形態では、10個の絶縁性部分129)の全体がZ軸方向視において単セル110に重なっている構成であることにより、燃料電池スタック100の運転中に各部材(特に、単セル用セパレータ120)が熱膨張または熱収縮したときでも、絶縁性部分129の割れを抑制することができる。 In contrast, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the insulating portions 129 (ten insulating portions 129 in the present embodiment) as a whole overlap the unit cells 110 as viewed in the Z-axis direction. Thus, cracking of the insulating portion 129 can be suppressed even when each member (in particular, the single cell separator 120) thermally expands or contracts during operation of the fuel cell stack 100. FIG.

また、本実施形態の燃料電池スタック100は、上流側絶縁性部分群G1を備える。上流側絶縁性部分群G1は、Z軸方向視において、Y軸方向(空気室166における酸化剤ガスOGの流れ方向FDに交差する方向)に沿うように並ぶ複数の絶縁性部分129(本実施形態では、5個の絶縁性部分(129a、・・・、129e))により構成される群である。上流側絶縁性部分群G1は、X軸方向(酸化剤ガスOGの流れ方向FD)において空気極114よりも上流側に位置している。本実施形態の燃料電池スタック100によれば、上述した上流側絶縁性部分群G1を備えることにより、酸化剤ガスOGの拡散性の低下を、より効果的に抑制することができる。 Further, the fuel cell stack 100 of this embodiment includes an upstream insulating subgroup G1. The upstream side insulating portion group G1 includes a plurality of insulating portions 129 (in this embodiment) arranged along the Y-axis direction (the direction intersecting the flow direction FD of the oxidant gas OG in the air chamber 166) when viewed in the Z-axis direction. In form, it is a group composed of five insulating portions (129a, . . . , 129e). The upstream side insulating partial group G1 is located upstream of the air electrode 114 in the X-axis direction (the flow direction FD of the oxidant gas OG). According to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, by including the above-described upstream insulating subgroup G1, it is possible to more effectively suppress the deterioration of the diffusibility of the oxidant gas OG.

また、本実施形態の燃料電池スタック100は、下流側絶縁性部分群G2を備える。下流側絶縁性部分群G2は、Z軸方向視において、Y軸方向(空気極114が面する空気室166における酸化剤ガスOGの流れ方向(X軸方向)FDに交差する方向)に沿うように並ぶ複数の絶縁性部分129(本実施形態では、5個の絶縁性部分(129f、・・・、129j))により構成される群である。下流側絶縁性部分群G2は、X軸方向(酸化剤ガスOGの流れ方向FD)において空気極114よりも下流側に位置している。本実施形態の燃料電池スタック100によれば、上述した下流側絶縁性部分群G2を備えることにより、酸化剤ガスOGの拡散性の低下を、より効果的に抑制することができる。 Further, the fuel cell stack 100 of this embodiment includes a downstream insulating subgroup G2. The downstream side insulating subgroup G2 extends along the Y-axis direction (the direction intersecting the flow direction (X-axis direction) FD of the oxidant gas OG in the air chamber 166 facing the air electrode 114) when viewed in the Z-axis direction. 129 (in this embodiment, five insulating portions (129f, . . . , 129j)) arranged in a row. The downstream side insulating subgroup G2 is located downstream of the air electrode 114 in the X-axis direction (the flow direction FD of the oxidant gas OG). According to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, by including the downstream insulating subgroup G2 described above, it is possible to more effectively suppress a decrease in the diffusibility of the oxidant gas OG.

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、上流側絶縁性部分群G1の中央側群G11における隣り合う絶縁性部分129間の間隔(I12、I13)は、端側群G12における隣り合う絶縁性部分129間の間隔(I11、I14)よりも大きい。中央側群G11に含まれる複数の絶縁性部分129(本実施形態では、3個の絶縁性部分129b、129c、129d)により構成される群である。端側群G12は、上流側絶縁性部分群G1(129a、・・・、129e)に含まれる複数の絶縁性部分129であって、上流側絶縁性部分群G1の中央側群G11よりも第1の直線L1から離れている複数の絶縁性部分129(本実施形態では、4個の絶縁性部分129a、129b、129d、129e)により構成される群である。第1の直線L1は、Z軸方向視において、空気極114の中心Cを通り、かつ、酸化剤ガスOGの流れ方向FDに沿う仮想直線である。 Further, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, when viewed in the Z-axis direction, the distance (I12, I13) between the adjacent insulating portions 129 in the center side group G11 of the upstream side insulating portion group G1 is It is larger than the spacing (I11, I14) between adjacent insulating portions 129 in G12. It is a group composed of a plurality of insulating portions 129 (three insulating portions 129b, 129c, 129d in this embodiment) included in the center side group G11. The end side group G12 is a plurality of insulating portions 129 included in the upstream side insulating portion group G1 (129a, . It is a group composed of a plurality of insulating portions 129 (in this embodiment, four insulating portions 129a, 129b, 129d and 129e) separated from one straight line L1. The first straight line L1 is an imaginary straight line passing through the center C of the air electrode 114 and along the flow direction FD of the oxidant gas OG when viewed in the Z-axis direction.

燃料電池スタック100の運転時に、空気室166のうち、Z軸方向視における空気極114の中央側の温度が端側の温度よりも高くなる傾向がある。このような温度勾配が生じることにより、酸化剤ガスOGはZ軸方向視における空気室166のうちの空気極114の中央側に流れにくく、端側に流れやすくなる。そのため、仮に上流側絶縁性部分群G1(129a、・・・、129e)における隣り合う絶縁性部分129の間隔が均一である構成においては、空気室166のうち、空気極114の中央側におけるガス流れと、端側におけるガス流れとが不均一となり、これにより燃料電池スタック100の電気的性能が低下する。 During operation of the fuel cell stack 100, the temperature of the center side of the air electrode 114 in the air chamber 166 when viewed in the Z-axis direction tends to be higher than the temperature of the end side. Due to the occurrence of such a temperature gradient, the oxidizing gas OG is less likely to flow toward the center of the air electrode 114 in the air chamber 166 as viewed in the Z-axis direction, and more likely to flow toward the ends. Therefore, in a configuration in which the distance between the adjacent insulating portions 129 in the upstream insulating portion group G1 (129a, . Non-uniformity in flow and gas flow at the edges degrades the electrical performance of the fuel cell stack 100 .

これに対し、本実施形態の燃料電池スタック100では、上述したように、Z軸方向視において、上流側絶縁性部分群G1の中央側群G11における隣り合う絶縁性部分129間の間隔(I12、I13)は、端側群G12における隣り合う絶縁性部分129間の間隔(I11、I14)よりも大きい。このような構成であることにより、上流側絶縁性部分群G1(129a、・・・、129e)における隣り合う絶縁性部分129の間隔が均一である構成と比較して、空気室166のうちの空気極114の中央側におけるガス流れと、端側におけるガス流れと均一となる。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、燃料電池スタック100の電気的性能の低下を抑制することができる。 In contrast, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, as described above, the distance (I12, I13) is larger than the interval (I11, I14) between the adjacent insulating portions 129 in the end group G12. With such a configuration, compared to the configuration in which the intervals between the adjacent insulating portions 129 in the upstream side insulating portion group G1 (129a, . . . , 129e) are uniform, the air chamber 166 The gas flow at the center side of the air electrode 114 and the gas flow at the end sides are uniform. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, deterioration of the electrical performance of the fuel cell stack 100 can be suppressed.

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、下流側絶縁性部分群G2の中央側群G21における隣り合う絶縁性部分129間の間隔(I22、I23)は、端側群G22における隣り合う絶縁性部分129間の間隔(I21、I24)よりも大きい。中央側群G21は、下流側絶縁性部分群G2(129f、・・・、129j)に含まれる複数の絶縁性部分129(本実施形態では、3個の絶縁性部分129g、129h、129i)により構成される群である。端側群G22は、下流側絶縁性部分群G2(129f、・・・、129j)に含まれる複数の絶縁性部分129であって、下流側絶縁性部分群G2の中央側群G21よりも第1の直線L1から離れている複数の絶縁性部分129(本実施形態では、4個の絶縁性部分129f、129g、129i、129j)により構成される群である。 Further, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, when viewed in the Z-axis direction, the distance (I22, I23) between the adjacent insulating portions 129 in the central group G21 of the downstream insulating portion group G2 is It is larger than the spacing (I21, I24) between adjacent insulating portions 129 in G22. The central side group G21 is formed by a plurality of insulating portions 129 (three insulating portions 129g, 129h, 129i in this embodiment) included in the downstream side insulating portion group G2 (129f, . . . , 129j). It is the group that is constructed. The end side group G22 is a plurality of insulating portions 129 included in the downstream side insulating portion group G2 (129f, . It is a group composed of a plurality of insulating portions 129 (in this embodiment, four insulating portions 129f, 129g, 129i and 129j) separated from one straight line L1.

本実施形態の燃料電池スタック100においては、上述した上流側絶縁性部分群G1における理由と同様の理由から、下流側絶縁性部分群G2(129a、・・・、129e)における隣り合う絶縁性部分129の間隔が均一である構成と比較して、空気室166のうちの空気極114の中央側におけるガス流れと、端側におけるガス流れと均一となる。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、燃料電池スタック100の電気的性能の低下を、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, for the same reason as in the upstream insulating subgroup G1 described above, adjacent insulating portions in the downstream insulating subgroup G2 (129a, . . . , 129e) Compared to the uniform spacing configuration of 129, the gas flow in the air chamber 166 on the center side of the cathode 114 and the gas flow on the edge side are uniform. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, deterioration of the electrical performance of the fuel cell stack 100 can be suppressed more effectively.

なお、空気室166のうちの空気極114の中央側におけるガス流れと、端側におけるガス流れとを均一とする観点から、上流側絶縁性部分群G1の中央側群G11における隣り合う絶縁性部分129間の間隔(I22、I23)は、端側群G12における隣り合う絶縁性部分129間の間隔(I21、I24)の120%以上であることが好ましく、150%以上であることがより好ましい。下流側絶縁性部分群G2の中央側群G21と端側群G22においても同様である。 From the viewpoint of uniforming the gas flow on the central side of the air electrode 114 in the air chamber 166 and the gas flow on the end side, the adjacent insulating portions in the central side group G11 of the upstream side insulating subgroup G1 The intervals (I22, I23) between the insulating portions 129 are preferably 120% or more, more preferably 150% or more, of the intervals (I21, I24) between the adjacent insulating portions 129 in the end group G12. The same applies to the central side group G21 and the end side group G22 of the downstream side insulating partial group G2.

また、本実施形態の燃料電池スタック100では、Z軸方向に沿った断面(例えば、図4および図5に示す断面)において、単セル用セパレータ120は、第1のセパレータ内周部122を含む内側部126と、内側部126より外周側に位置する外側部127と、内側部126と外側部127とを連結する連結部128とを備える。連結部128は、内側部126と外側部127との両方に対してZ軸方向に突出している。 Further, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, in a cross section along the Z-axis direction (for example, the cross section shown in FIGS. 4 and 5), the single cell separator 120 includes a first separator inner peripheral portion 122. It has an inner portion 126 , an outer portion 127 located outside the inner portion 126 , and a connecting portion 128 connecting the inner portion 126 and the outer portion 127 . The connecting portion 128 protrudes in the Z-axis direction with respect to both the inner portion 126 and the outer portion 127 .

本実施形態の燃料電池スタック100では、単セル用セパレータ120が上述した内側部126、外側部127、および連結部128を備える構成であることにより、単セル110とインターコネクタ190との間の距離が短くなる変形が生じやすい。従って、上述した複数の絶縁性部分129を備える本発明は、このような構成である本実施形態の燃料電池スタック100において、特に好適である。 In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the single cell separator 120 is configured to include the inner portion 126, the outer portion 127, and the connecting portion 128 described above, so that the distance between the single cell 110 and the interconnector 190 is likely to become shorter. Therefore, the present invention including the plurality of insulating portions 129 described above is particularly suitable for the fuel cell stack 100 of this embodiment having such a configuration.

また、本実施形態の燃料電池スタック100は、インターコネクタ用セパレータ180と、発電ブロック103におけるZ軸方向の両側にそれぞれが位置する上側エンドプレート104および下側エンドプレート106(一対のエンド部材)と、発電ブロック103を締結するボルト22およびナット24(締結部材)とを備える。インターコネクタ用セパレータ180は、略板状であり、かつ、Z軸方向に貫通する第2のセパレータ貫通孔181が形成されている。インターコネクタ用セパレータ180の第2のセパレータ内周部182(第2のセパレータ貫通孔181を取り囲む部分)は、インターコネクタ190の外周部に接続されている。上側エンドプレート104および下側エンドプレート106(一対のエンド部材)は、発電ブロック103におけるZ軸方向の両側にそれぞれが位置している。ボルト22(締結部材)は、単セル用セパレータ120と、インターコネクタ用セパレータ180と、上側エンドプレート104および下側エンドプレート106とをZ軸方向に貫く連通孔108に挿入され、発電ブロック103を締結している。 In addition, the fuel cell stack 100 of this embodiment includes an interconnector separator 180, and an upper end plate 104 and a lower end plate 106 (a pair of end members) positioned on both sides of the power generation block 103 in the Z-axis direction. , bolts 22 and nuts 24 (fastening members) for fastening the power generation block 103 . The interconnector separator 180 has a substantially plate shape and is formed with a second separator through-hole 181 penetrating in the Z-axis direction. A second separator inner peripheral portion 182 (a portion surrounding the second separator through-hole 181 ) of the interconnector separator 180 is connected to the outer peripheral portion of the interconnector 190 . The upper end plate 104 and the lower end plate 106 (a pair of end members) are positioned on both sides of the power generation block 103 in the Z-axis direction. The bolt 22 (fastening member) is inserted into the communication hole 108 passing through the unit cell separator 120 , the interconnector separator 180 , the upper end plate 104 and the lower end plate 106 in the Z-axis direction, and fastens the power generation block 103 . have concluded.

本実施形態の燃料電池スタック100では、上述したインターコネクタ用セパレータ180と、上側エンドプレート104および下側エンドプレート106(一対のエンド部材)と、ボルト22およびナット24(締結部材)とを備える構成であることにより、単セル110とインターコネクタ190との間の距離が短くなる変形が生じやすい。従って、上述した複数の絶縁性部分129を備える本発明は、このような構成である本実施形態の燃料電池スタック100において、特に好適である。 The fuel cell stack 100 of this embodiment includes the above-described interconnector separator 180, the upper end plate 104 and the lower end plate 106 (a pair of end members), and the bolts 22 and nuts 24 (fastening members). As a result, deformation that shortens the distance between the unit cell 110 and the interconnector 190 is likely to occur. Therefore, the present invention including the plurality of insulating portions 129 described above is particularly suitable for the fuel cell stack 100 of this embodiment having such a configuration.

また、本実施形態の燃料電池スタック100では、絶縁性部分129は、ガラスにより構成されている。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、高温環境下で使用されても絶縁性部分129の良好な絶縁性を安定して確保することができる。 Moreover, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the insulating portion 129 is made of glass. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, good insulation of the insulating portion 129 can be stably ensured even when used in a high-temperature environment.

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. Variant:
The technology disclosed in this specification is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various forms without departing from the scope of the invention. For example, the following modifications are possible.

上記実施形態における燃料電池スタック100の構成や燃料電池スタック100を構成する各部分の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。 The configuration of the fuel cell stack 100 and the configuration of each part that constitutes the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment are merely examples, and various modifications are possible. For example, the materials forming each member in the above-described embodiments are merely examples, and each member may be formed of other materials.

また、上記実施形態(または変形例、以下同様)において、絶縁性部分129の形状、寸法は、種々変形可能である。また、絶縁性部分129の個数を変更してもよい。また、隣り合う絶縁性部分129間の間隔も種々変形可能である。 In addition, in the above-described embodiment (or modified examples, the same applies hereinafter), the shape and dimensions of the insulating portion 129 can be variously modified. Also, the number of insulating portions 129 may be changed. In addition, the distance between adjacent insulating portions 129 can also be varied.

また、上記実施形態において、絶縁性部分129は、セラミックにより構成されていてもよい。 Further, in the above embodiment, the insulating portion 129 may be made of ceramic.

また、上記実施形態において、複数の絶縁性部分129は、互いに独立した部材である必要はなく、互いを接続する接続部により接続されている構成であってもよい。従って、例えば、上記実施形態において、上流側絶縁性部分群G1に含まれる5個の絶縁性部分129(129a、・・・、129e)の下側に、第1のセパレータ内周部122の上側の表面に配置され、かつ、5個の絶縁性部分129(129a、・・・、129e)を接続する棒状の接続部を有する構成を採用してもよい。 Moreover, in the above-described embodiment, the plurality of insulating portions 129 do not need to be members independent of each other, and may be configured to be connected by a connecting portion that connects them to each other. Therefore, for example, in the above embodiment, the five insulating portions 129 (129a, . A configuration having a rod-shaped connecting portion arranged on the surface of the insulating portion 129 and connecting five insulating portions 129 (129a, . . . , 129e) may be employed.

また、上記実施形態において、絶縁性部分129は、第1のセパレータ内周部122の上側の表面以外の場所に配置されていてもよく、Z軸方向視においてガラスシール部125の内側に位置していてもよく、また、ガラスシール部125に接触していてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the insulating portion 129 may be arranged at a place other than the upper surface of the first separator inner peripheral portion 122, and is positioned inside the glass seal portion 125 when viewed in the Z-axis direction. It may be in contact with the glass seal portion 125 .

また、上記実施形態において、絶縁性部分129は、Z軸方向視において、第1のセパレータ内周部122とインターコネクタ190とに重なる部分と、第1のセパレータ内周部122とインターコネクタ190とに重ならない部分との両方を有する構成であってもよい。 In the above embodiment, the insulating portion 129 includes a portion overlapping the first separator inner peripheral portion 122 and the interconnector 190 and a portion overlapping the first separator inner peripheral portion 122 and the interconnector 190 when viewed in the Z-axis direction. It may be a configuration having both a portion that does not overlap with.

また、上記実施形態において、絶縁性部分129は、Z軸方向視において単セル110に重なっている部分と単セル110に重なっていない部分とを有していてもよい。 In the above embodiment, the insulating portion 129 may have a portion overlapping the unit cell 110 and a portion not overlapping the unit cell 110 when viewed in the Z-axis direction.

また、上記実施形態において、燃料電池スタック100は、上流側絶縁性部分群G1と下流側絶縁性部分群G2との一方のみを備えていてもよい。 Further, in the above embodiment, the fuel cell stack 100 may include only one of the upstream insulating subgroup G1 and the downstream insulating subgroup G2.

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池スタック100を対象としているが、本明細書に開示される技術は、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を複数備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。 Further, in the above-described embodiment, the target is the fuel cell stack 100 that generates power using the electrochemical reaction between hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the oxidant gas, but the present specification discloses The technology is equally applicable to electrolysis cell stacks comprising a plurality of electrolysis single cells, which are the building blocks of a solid oxide electrolysis cell (SOEC) that utilizes the electrolysis reaction of water to produce hydrogen.

また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池(SOFC)を例に説明したが、本明細書に開示される技術は、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)といった他のタイプの燃料電池(または電解セル)にも適用可能である。 Further, in the above embodiments, a solid oxide fuel cell (SOFC) was described as an example, but the technology disclosed in this specification can be applied to other types of fuel cells (such as a molten carbonate fuel cell (MCFC)). or electrolytic cell).

22:ボルト 24:ナット 26:絶縁シート 27:ガス通路部材 28:本体部 29:分岐部 32,34:孔 44:導電性部 45:カバー部材対向部 46:インターコネクタ対向部 47:連接部 48:接続部材 48a:接続部材 49:弾性部 50:カバー部材 58:上側特定空間 60:カバー用セパレータ 61:孔 66:内側部 67:外側部 68:連結部 70:上側ターミナルプレート 71:孔 72:燃料ガス供給連通孔 78:突出部 80:下側ターミナルプレート 81:孔 82:燃料ガス供給連通孔 88:突出部 92:上側絶縁シート 94:孔 96:下側絶縁シート 100:燃料電池スタック 102:発電単位 102X:上側特定発電単位 103:発電ブロック 104:上側エンドプレート 106:下側エンドプレート 108:連通孔 110:単セル 112:電解質層 114:空気極 116:燃料極 118:中間層 120:単セル用セパレータ 121:孔 124:接合部 125:ガラスシール部 126:内側部 127:外側部 128:連結部 129(129a、・・・、129j):絶縁性部分 130:空気極側フレーム 131:孔 132:酸化剤ガス供給連通孔 133:酸化剤ガス排出連通孔 134:空気極側集電部 140:燃料極側フレーム 141:孔 142:燃料ガス供給連通孔 143:燃料ガス排出連通孔 144:導電性部 145:電極対向部 146:インターコネクタ対向部 147:連接部 148:燃料極側集電部材 149:弾性部 150:平板部 161:酸化剤ガス供給マニホールド 162:酸化剤ガス排出マニホールド 166:空気室 171:燃料ガス供給マニホールド 172:燃料ガス排出マニホールド 176:燃料室 180:IC用セパレータ 180X:最上位IC用セパレータ 181:孔 181X:孔 186:内側部 187:外側部 188:連結部 190:インターコネクタ 190X:最上位インターコネクタ 190Y:最下位インターコネクタ 194:被覆層 196:導電性接合材 211:溶接部 211a:溶接部 212:溶接部 212a:溶接部 221:溶接部 221a:溶接部 222:溶接部 222a:溶接部 231:溶接部 232:溶接部 241:溶接部 270:上側ターミナル単位 C:空気極114の中心 FG:燃料ガス FOG:燃料オフガス L1:第1の直線 OG:酸化剤ガス OOG:酸化剤オフガス 22: bolt 24: nut 26: insulating sheet 27: gas passage member 28: body portion 29: branching portion 32, 34: hole 44: conductive portion 45: cover member facing portion 46: interconnector facing portion 47: connecting portion : Connection member 48a: Connection member 49: Elastic portion 50: Cover member 58: Upper specific space 60: Cover separator 61: Hole 66: Inner portion 67: Outer portion 68: Connecting portion 70: Upper terminal plate 71: Hole 72: Fuel gas supply communication hole 78: Protrusion 80: Lower terminal plate 81: Hole 82: Fuel gas supply communication hole 88: Protrusion 92: Upper insulating sheet 94: Hole 96: Lower insulating sheet 100: Fuel cell stack 102: Power generation unit 102X: Upper specific power generation unit 103: Power generation block 104: Upper end plate 106: Lower end plate 108: Communication hole 110: Single cell 112: Electrolyte layer 114: Air electrode 116: Fuel electrode 118: Intermediate layer 120: Single Cell Separator 121: Hole 124: Joint 125: Glass seal portion 126: Inner portion 127: Outer portion 128: Connecting portion 129 (129a, ..., 129j): Insulating portion 130: Air electrode side frame 131: Hole 132: Oxidant gas supply passage 133: Oxidant gas discharge passage 134: Air electrode side current collector 140: Fuel electrode side frame 141: Hole 142: Fuel gas supply passage 143: Fuel gas discharge passage 144: Conductive Electrode part 145: Electrode facing part 146: Interconnector facing part 147: Connecting part 148: Fuel electrode side collector 149: Elastic part 150: Flat plate part 161: Oxidant gas supply manifold 162: Oxidant gas discharge manifold 166: Air Chamber 171: Fuel gas supply manifold 172: Fuel gas discharge manifold 176: Fuel chamber 180: Separator for IC 180X: Separator for uppermost IC 181: Hole 181X: Hole 186: Inner part 187: Outer part 188: Connecting part 190: Inter Connector 190X: Top Interconnector 190Y: Bottom Interconnector 194: Coating Layer 196: Conductive Joining Material 211: Welding Portion 211a: Welding Part 212: Welded part 212a: Welded part 221: Welded part 221a: Welded part 222: Welded part 222a: Welded part 231: Welded part 232: Welded part 241: Welded part 270: Upper terminal unit C: Center of air electrode 114 FG : fuel gas FOG: fuel off-gas L1: first straight line OG: oxidant gas OOG: oxidant off-gas

Claims (7)

電解質層と、前記電解質層の第1の方向の一方側に配置された空気極と、前記電解質層の前記第1の方向の他方側に配置された燃料極と、を備える、単セルと、
前記空気極の前記一方側に配置されたインターコネクタであって、前記空気極と電気的に接続されたインターコネクタと、
略板状であり、かつ、前記第1の方向に貫通する第1のセパレータ貫通孔が形成された単セル用セパレータであって、前記第1のセパレータ貫通孔を取り囲む部分である第1のセパレータ内周部は、前記電解質層と前記インターコネクタの間に位置して前記単セルと接合されている、単セル用セパレータと、
をそれぞれ備え、前記第1の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位により構成される電気化学反応ブロックを備え、
前記第1のセパレータ内周部と前記インターコネクタとの間に位置し、かつ、前記第1の方向視において前記第1のセパレータ内周部と前記インターコネクタとに重なる部分を有し、かつ、前記第1の方向視において前記単セルと重なる部分を有する複数の絶縁性部分であって、前記第1のセパレータ内周部の周方向に沿って互いに離隔しつつ並んでいる複数の絶縁性部分を備える、
ことを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
a unit cell comprising an electrolyte layer, an air electrode arranged on one side of the electrolyte layer in the first direction, and a fuel electrode arranged on the other side of the electrolyte layer in the first direction;
an interconnector arranged on the one side of the air electrode and electrically connected to the air electrode;
A single-cell separator having a substantially plate shape and having first separator through-holes penetrating in the first direction, wherein the first separator is a portion surrounding the first separator through-holes. a single cell separator having an inner peripheral portion positioned between the electrolyte layer and the interconnector and joined to the single cell ;
each comprising an electrochemical reaction block composed of a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction,
having a portion located between the first separator inner peripheral portion and the interconnector and overlapping the first separator inner peripheral portion and the interconnector when viewed in the first direction; and A plurality of insulating portions having a portion overlapping with the unit cell when viewed in the first direction , wherein the plurality of insulating portions are arranged while being separated from each other along the circumferential direction of the inner peripheral portion of the first separator. comprising a part
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
請求項1に記載の電気化学反応セルスタックであって、
少なくとも1個の前記絶縁性部分の全体は、前記第1の方向視において前記単セルに重なっている、
ことを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
The electrochemical reaction cell stack according to claim 1,
the entirety of the at least one insulating portion overlaps the single cell when viewed in the first direction;
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
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であって、
前記第1の方向視において、前記空気極が面する空気室におけるガスの流れ方向に交差する第2の方向に沿うように並ぶ複数の前記絶縁性部分により構成され、前記ガスの流れ方向において前記空気極よりも上流側に位置する上流側絶縁性部分群と、前記第2の方向に沿うように並ぶ複数の前記絶縁性部分により構成され、前記ガスの流れ方向において前記空気極よりも下流側に位置する下流側絶縁性部分群との少なくとも一方を備える、
ことを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
The electrochemical reaction cell stack according to claim 1 or claim 2,
When viewed in the first direction, the plurality of insulating portions are arranged along a second direction that intersects the direction of gas flow in the air chamber facing the air electrode. An upstream insulating portion group positioned upstream of the air electrode and a plurality of the insulating portions arranged along the second direction, and located downstream of the air electrode in the direction of gas flow. at least one of a downstream insulating subgroup located at
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
請求項3に記載の電気化学反応セルスタックであって、
前記第1の方向視において、
前記空気極の中心を通り、かつ、前記ガスの流れ方向に沿う仮想直線を第1の直線としたき、
前記上流側絶縁性部分群と前記下流側絶縁性部分群との少なくとも一方である特定絶縁性部分群に含まれるいずれかの複数の前記絶縁性部分により構成される中央側群における隣り合う絶縁性部分間の間隔は、前記特定絶縁性部分群に含まれるいずれかの複数の前記絶縁性部分であって、前記中央側群よりも前記第1の直線から離れている複数の前記絶縁性部分により構成される端側群における隣り合う絶縁性部分間の間隔よりも大きい、
ことを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
The electrochemical reaction cell stack according to claim 3,
When viewed from the first direction,
When an imaginary straight line passing through the center of the air electrode and along the flow direction of the gas is defined as a first straight line,
Adjacent insulating properties in a central side group composed of a plurality of the insulating portions included in a specific insulating portion group that is at least one of the upstream side insulating portion group and the downstream side insulating portion group The distance between the portions is determined by any of the plurality of the insulating portions included in the specific insulating portion group, the plurality of the insulating portions being farther from the first straight line than the central side group. greater than the spacing between adjacent insulating portions in the end group to be constructed,
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
請求項1から請求項4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であって、
前記第1の方向に沿った少なくとも1つの断面である特定断面において、
前記単セル用セパレータは、
前記第1のセパレータ内周部を含む内側部と、
前記内側部より外周側に位置する外側部と、
前記内側部と前記外側部とを連結し、かつ、前記内側部と前記外側部との両方に対して前記第1の方向に突出している連結部と、
を備える、
ことを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
An electrochemical reaction cell stack according to any one of claims 1 to 4,
In a specific cross section that is at least one cross section along the first direction,
The single cell separator is
an inner portion including the first separator inner peripheral portion;
an outer portion located on the outer peripheral side of the inner portion;
a connecting portion that connects the inner portion and the outer portion and protrudes in the first direction with respect to both the inner portion and the outer portion;
comprising
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
請求項1から請求項5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であって、
略板状であり、かつ、前記第1の方向に貫通する第2のセパレータ貫通孔が形成されたインターコネクタ用セパレータであって、前記第2のセパレータ貫通孔を取り囲む第2のセパレータ内周部が前記インターコネクタの外周部に接続されたインターコネクタ用セパレータと、
前記電気化学反応ブロックにおける前記第1の方向の両側にそれぞれが位置する一対のエンド部材と、
前記単セル用セパレータと前記インターコネクタ用セパレータと前記一対のエンド部材とを前記第1の方向に貫く貫通孔に挿入され、前記電気化学反応ブロックを締結する締結部材と、を備える、
ことを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
An electrochemical reaction cell stack according to any one of claims 1 to 5,
A separator for an interconnector having a substantially plate shape and having a second separator through-hole penetrating in the first direction, the second separator inner peripheral portion surrounding the second separator through-hole an interconnector separator connected to the outer periphery of the interconnector;
a pair of end members respectively positioned on both sides of the electrochemical reaction block in the first direction;
a fastening member that is inserted into the through-hole that penetrates the single cell separator, the interconnector separator, and the pair of end members in the first direction and that fastens the electrochemical reaction block;
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
請求項1から請求項6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であって、
前記絶縁性部分は、ガラスまたはセラミックにより構成されている、
ことを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
An electrochemical reaction cell stack according to any one of claims 1 to 6,
The insulating portion is made of glass or ceramic,
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
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