JP7301094B2 - Electrochemical reaction cell stack - Google Patents

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Description

本明細書に開示される技術は、電気化学反応セルスタックに関する。 The technology disclosed herein 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は、一般に、燃料電池発電単位(以下、「発電単位」という。)が複数並べて配置された燃料電池スタックの形態で利用される。発電単位は、燃料電池単セル(以下、単に「単セル」という。)を備える。単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向(以下、「第1の方向」という。)に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。 A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC") is known as one of fuel cells that generate electricity using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. SOFCs are generally used in the form of a fuel cell stack in which a plurality of fuel cell power generation units (hereinafter referred to as "power generation units") are arranged side by side. The power generation unit includes a single fuel cell (hereinafter simply referred to as "single cell"). A single cell includes an electrolyte layer, and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a predetermined direction (hereinafter referred to as "first direction") with the electrolyte layer interposed therebetween.

各発電単位102は、さらに、単セルに対して第1の方向側に配置されたインターコネクタと、単セルとインターコネクタとの間に位置する燃料極側集電体と、単セルとインターコネクタとの間に位置するスペーサーとを備える。インターコネクタは、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。燃料極側集電体は、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。インターコネクタと燃料極側集電体とは、互いに熱膨張係数が異なっている。スペーサーは、第1の方向視において所定方向に延伸している。 Each power generation unit 102 further includes an interconnector disposed on the first direction side with respect to the single cell, a fuel electrode side current collector positioned between the single cell and the interconnector, and a single cell and the interconnector. and a spacer positioned between. The interconnector is made of ferritic stainless steel, for example. The fuel electrode side current collector is made of, for example, nickel, a nickel alloy, stainless steel, or the like. The interconnector and the fuel electrode side current collector have different coefficients of thermal expansion. The spacer extends in a predetermined direction when viewed from the first direction.

燃料極側集電体は、電極側接触部と、反対側接触部と、連接部と、先端部とを備える(例えば、特許文献1参照)。電極側接触部は、燃料極に接触し、燃料極とは反対側においてスペーサーと接触している。反対側接触部は、インターコネクタに接触している。連接部は、電極側接触部と反対側接触部とを繋いでいる。先端部は、電極側接触部に繋がり、かつ、スペーサーに対して連接部とは反対側に位置する部分を有する。先端部は、第1の方向視において、スペーサーが延伸する方向(以下、「スペーサー延伸方向」という。)に延伸している。各発電単位は、燃料極側集電体の先端部とインターコネクタとを接合する複数の接合部を備える。この複数の接合部は、第1の方向視においてスペーサー延伸方向に沿って互いに間隔を空けつつ並んでいる。第1の方向視において、燃料極側集電体の先端部のスペーサー延伸方向の長さは、均一である。 The fuel-electrode-side current collector includes an electrode-side contact portion, an opposite-side contact portion, a connecting portion, and a tip portion (see Patent Document 1, for example). The electrode-side contact portion is in contact with the fuel electrode, and is in contact with the spacer on the side opposite to the fuel electrode. The contact on the opposite side contacts the interconnector. The connecting portion connects the electrode-side contact portion and the opposite-side contact portion. The tip portion has a portion connected to the electrode-side contact portion and located on the side opposite to the connecting portion with respect to the spacer. The tip portion extends in the direction in which the spacer extends (hereinafter referred to as "spacer extending direction") when viewed from the first direction. Each power generation unit includes a plurality of joints that join the tip of the fuel electrode side current collector and the interconnector. The plurality of joints are arranged side by side at intervals along the extending direction of the spacer when viewed from the first direction. When viewed from the first direction, the length of the front end portion of the fuel electrode-side current collector in the spacer extension direction is uniform.

特開2021-022471号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-022471

上述した従来の燃料電池スタックにおいては、例えば運転中の温度変化が生じた際に、インターコネクタと燃料極側集電体(より厳密には、燃料極側集電体の上記先端部)との間の熱膨張差に起因して燃料極側集電体の上記先端部が変形した結果、当該先端部のうち、いずれかの上記接合部と当該接合部の隣に位置する上記接合部との間の部分(換言すれば、インターコネクタに接合されていない部分。以下、「非接合部」という。)が単セルに接触し、その結果、当該非接合部により、単セルと燃料室(単セルとインターコネクタとの間の空間)との間が塞がれた状態となることがある。このように単セルと燃料室との間が塞がれると、燃料室(単セルとインターコネクタとの間の空間)を流れる反応ガスの単セル内への流通性が阻害される。そのため、この燃料電池スタックにおいては、燃料室を流れる反応ガスの単セル内への流通性が阻害され、これにより、燃料電池スタックの性能が低下するおそれがある。 In the conventional fuel cell stack described above, for example, when a temperature change occurs during operation, the interconnector and the fuel electrode side current collector (more strictly, the tip portion of the fuel electrode side current collector) As a result of the deformation of the tip portion of the fuel electrode side current collector due to the difference in thermal expansion between the A portion between the cells (in other words, a portion not joined to the interconnector; hereinafter referred to as a “non-joint portion”) contacts the single cell, and as a result, the non-joint portion separates the single cell and the fuel chamber (single cell). space between the cell and the interconnector) may be blocked. If the space between the single cell and the fuel chamber is blocked in this manner, the reaction gas flowing through the fuel chamber (the space between the single cell and the interconnector) is hindered from flowing into the single cell. Therefore, in this fuel cell stack, the flowability of the reaction gas flowing through the fuel chamber into the unit cells is hindered, and this may reduce the performance of the fuel cell stack.

なお、このような課題は、上記の燃料電池スタックにおいて、「燃料極」を「空気極」に置換し、「燃料極極側集電体」を「空気極側集電体」に置換した構成である燃料電池スタックにも共通の問題である。また、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。)の構成単位である電解セル単位を複数備える電解セルスタックにも共通の問題である。なお、本明細書では、燃料電池単セルと電解単セルとをまとめて電気化学反応単セルと呼び、発電単位と電解セル単位とをまとめて電気化学反応単位と呼び、燃料電池スタックと電解セルスタックとをまとめて電気化学反応セルスタックと呼ぶ。また、このような課題は、SOFCやSOECに限らず、他のタイプの電気化学反応セルスタックにも共通の課題である。 Such a problem can be solved by replacing the "fuel electrode" with the "air electrode" and replacing the "fuel electrode side current collector" with the "air electrode side current collector" in the above fuel cell stack. It is a common problem with some fuel cell stacks. In addition, such a problem is solved by electrolysis having a plurality of electrolytic cell units, which are structural units of a solid oxide type electrolytic cell (hereinafter referred to as "SOEC") that generates hydrogen using the electrolysis reaction of water. This is also a common problem with cell stacks. In this specification, the fuel cell single cell and the electrolytic single cell are collectively referred to as the electrochemical reaction single cell, the power generation unit and the electrolytic cell unit are collectively referred to as the electrochemical reaction unit, and the fuel cell stack and the electrolytic cell are collectively referred to as the electrochemical reaction unit. The stack is collectively called an electrochemical reaction cell stack. Moreover, such a problem is not limited to SOFCs and SOECs, but is common to other types of electrochemical reaction cell stacks.

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

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

(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、前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む単セルと、前記単セルに対して前記第1の方向側に配置された第1導電部材と、前記単セルと前記第1導電部材との間に位置し、かつ、熱膨張係数が前記第1導電部材の熱膨張係数とは異なる、第2導電部材と、前記単セルと前記第1導電部材との間に位置するスペーサーと、を備える電気化学反応単位が複数並べて配置された電気化学反応セルスタックであって、少なくとも1つの前記電気化学反応単位である特定反応単位における前記第2導電部材は、前記空気極と前記燃料極とのうちの一方である特定電極に接触し、前記特定電極とは反対側において前記スペーサーと接触する電極側接触部と、前記第1導電部材に接触する反対側接触部と、前記電極側接触部と前記反対側接触部とを繋ぐ連接部と、前記電極側接触部に繋がり、かつ、前記スペーサーに対して前記連接部とは反対側に位置する部分を有する先端部であって、前記第1の方向視において前記スペーサーに沿った特定方向に延伸している先端部と、を備える、電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定反応単位は、前記第2導電部材の前記先端部と、前記第1導電部材とを接合する複数の接合部であって、前記第1の方向視において前記特定方向に沿って互いに間隔を空けつつ並んでいる複数の接合部を備え、前記複数の接合部のうちのいずれかを第1接合部とし、前記第1接合部の隣に位置する前記接合部を第2接合部とし、かつ、前記第1の方向視において、前記第1接合部の中心と前記第2接合部の中心とを通る仮想直線に直交する方向を第2の方向とし、前記第1接合部に重なる前記第2の方向の仮想直線のうち、前記先端部の前記電極側接触部とは反対側の輪郭線と交差する第1外側交点と、前記第1接合部に最も近い前記スペーサーの表面と交差する第1内側交点とを結ぶ仮想線分を第1線分とし、前記第2接合部に重なる前記第2の方向の仮想直線のうち、前記先端部の前記電極側接触部とは反対側の輪郭線と交差する第2外側交点と、前記第2接合部に最も近い前記スペーサーの表面と交差する第2内側交点とを結ぶ仮想線分を第2線分とし、前記第1外側交点と前記第2外側交点とを結ぶ仮想線分を第3線分とし、前記第1内側交点と前記第2内側交点とを結ぶ仮想線分を第4線分とし、前記第1線分と前記第2線分と前記第3線分と前記第4線分とにより囲まれた領域を特定領域としたときに、前記先端部は、前記特定領域の一部において欠損している。 (1) The electrochemical reaction cell stack disclosed in the present specification includes a single cell including an electrolyte layer, an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction with the electrolyte layer interposed therebetween; a first conductive member arranged on the first direction side with respect to the cell; An electrochemical reaction cell stack in which a plurality of electrochemical reaction units are arranged side by side, each comprising a second conductive member different from the coefficient and a spacer positioned between the unit cell and the first conductive member, The second conductive member in the specific reaction unit that is at least one of the electrochemical reaction units is in contact with a specific electrode that is one of the air electrode and the fuel electrode, and the second conductive member is in contact with the specific electrode on the side opposite to the specific electrode. an electrode-side contact portion that contacts a spacer, an opposite-side contact portion that contacts the first conductive member, a connecting portion that connects the electrode-side contact portion and the opposite-side contact portion, and is connected to the electrode-side contact portion, and a tip portion having a portion located on the opposite side of the connecting portion with respect to the spacer, the tip portion extending in a specific direction along the spacer when viewed in the first direction. In an electrochemical reaction cell stack comprising: a plurality of joints arranged side by side at intervals along the specific direction, one of the plurality of joints being a first joint, and the joint positioned next to the first joint; is a second joint, and a direction orthogonal to an imaginary straight line passing through the center of the first joint and the center of the second joint when viewed in the first direction is a second direction, A first outer intersection point that intersects a contour line on the opposite side of the electrode-side contact portion of the distal end portion among the imaginary straight lines in the second direction overlapping the first joint portion, and a point that is closest to the first joint portion. An imaginary line segment connecting a first inner intersection point that intersects the surface of the spacer is defined as a first line segment, and among imaginary straight lines in the second direction overlapping the second joint portion, the electrode side contact of the tip portion is performed. An imaginary line segment connecting a second outer intersection point that intersects the contour line opposite to the part and a second inner intersection point that intersects the surface of the spacer closest to the second joint portion is defined as a second line segment, An imaginary line segment connecting the first outer intersection point and the second outer intersection point is defined as a third line segment, an imaginary line segment connecting the first inner intersection point and the second inner intersection point is defined as a fourth line segment, and the first When a region surrounded by a line segment, the second line segment, the third line segment, and the fourth line segment is defined as a specific region, the tip portion is missing in a part of the specific region. .

本電気化学反応セルスタックでは、上述したように、第2導電部材は、スペーサーに対して連接部とは反対側に位置する部分を有する先端部を備える。そのため、スペーサーの所定方向(第2導電部材の連接部とスペーサーとが並ぶ方向)の位置ずれを抑制することができ、ひいては、スペーサーの当該所定方向の位置ずれによりガス室(単セルと第1導電部材との間の空間)内のガスの流れが悪化することに起因する電気化学反応セルスタックの性能の低下を抑制することができる。 In the present electrochemical reaction cell stack, as described above, the second conductive member has a tip portion having a portion located on the opposite side of the connecting portion with respect to the spacer. Therefore, it is possible to suppress the displacement of the spacer in a predetermined direction (the direction in which the connecting portion of the second conductive member and the spacer are arranged). It is possible to suppress the deterioration of the performance of the electrochemical reaction cell stack due to deterioration of the gas flow in the space between the conductive member.

ところで、上述した従来の燃料電池スタック(特開2021-022471号公報)では、特定領域は欠損していない。そのため、この燃料電池スタックにおいては、例えば運転中の温度変化が生じた際に、第1導電部材と第2導電部材(より厳密には、第2導電部材の先端部)との間の熱膨張差に起因して第2導電部材の先端部が変形した結果、先端部の非接合部(先端部のうち、第1接合部と第2接合部との間の部分)が単セルに接触し、その結果、当該非接合部により、単セルとガス室(単セルと第1導電部材との間の空間)との間が塞がれた状態となることがある。このように単セルとガス室との間が塞がれると、ガス室(単セルと第1導電部材との間の空間)を流れる反応ガスの単セル内への流通性が阻害される。そのため、この燃料電池スタックにおいては、ガス室を流れる反応ガスの単セル内への流通性が阻害され、これにより、電気化学反応セルスタックの性能が低下するおそれがある。 By the way, in the above-described conventional fuel cell stack (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-022471), the specific region is not deficient. Therefore, in this fuel cell stack, for example, when a temperature change occurs during operation, thermal expansion between the first conductive member and the second conductive member (more strictly, the tip portion of the second conductive member) As a result of the deformation of the tip portion of the second conductive member due to the difference, the non-joint portion of the tip portion (the portion between the first joint portion and the second joint portion of the tip portion) comes into contact with the single cell. As a result, the unbonded portion may block the space between the single cell and the gas chamber (the space between the single cell and the first conductive member). If the space between the single cell and the gas chamber is blocked in this manner, the reaction gas flowing through the gas chamber (the space between the single cell and the first conductive member) is hindered from flowing into the single cell. Therefore, in this fuel cell stack, the flowability of the reaction gas flowing through the gas chamber into the single cells is hindered, which may reduce the performance of the electrochemical reaction cell stack.

これに対し、本電気化学反応セルスタックでは、上述したように、特定領域の一部において欠損している。そのため、第1導電部材と第2導電部材との間の熱膨張差に起因して、先端部の非接合部(先端部のうち、第1接合部と第2接合部との間の部分)が変形し、先端部の非接合部が単セルに接触したとしても、特定領域が欠損していない構成と比較して、先端部の非接合部と単セルとの接触面積が小さいため、ガス室を流れる反応ガスの単セル内への流通性が阻害されることが抑制される。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、第1導電部材と第2導電部材との間の熱膨張差に起因して先端部の非接合部が変形し、先端部の非接合部が単セルに接触することに起因する電気化学反応セルスタックの性能の低下を抑制することができる。 On the other hand, in this electrochemical reaction cell stack, as described above, a part of the specific region is defective. Therefore, due to the difference in thermal expansion between the first conductive member and the second conductive member, the non-joint portion of the tip portion (the portion between the first joint portion and the second joint portion of the tip portion) is deformed and the non-bonded portion of the tip comes into contact with the single cell, the contact area between the non-bonded portion of the tip and the single cell is smaller than that of the configuration in which the specific region is not damaged, so the gas Inhibition of the flowability of the reactant gas flowing through the chamber into the single cell is suppressed. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, the non-joint portion of the tip portion deforms due to the difference in thermal expansion between the first conductive member and the second conductive member, and the non-joint portion of the tip portion becomes single. It is possible to suppress deterioration in the performance of the electrochemical reaction cell stack due to contact with the cells.

(2)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第1線分の前記第2の方向の長さをL1とし、前記第2線分の前記第2の方向の長さをL2とし、前記第1線分と前記第2線分との間において前記第2の方向に前記先端部の欠損している部分を通過する仮想線分であって、前記第3線分と前記第4線分とを結ぶ仮想線分のうち、前記電極側接触部および前記先端部と重なる部分の長さをL3とし、長さL3/長さL1を第1比A1とし、長さL3/長さL2を第2比A2としたときに、第1比A1と第2比A2は、いずれも0.8以下である構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックでは、先端部の非接合部と単セルとの接触面積が特に小さくなり、ガス室を流れる反応ガスの単セル内への流通性が阻害されることが特に効果的に抑制される。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、特に効果的に、第1導電部材と第2導電部材との間の熱膨張差に起因して先端部の非接合部が変形し、先端部の非接合部が単セルに接触することに起因する電気化学反応セルスタックの性能の低下を抑制することができる。 (2) In the above electrochemical reaction cell stack, the length of the first line segment in the second direction is L1, the length of the second line segment in the second direction is L2, and the first A virtual line segment passing through the missing portion of the tip portion in the second direction between the line segment and the second line segment, the third line segment and the fourth line segment Among the connecting virtual line segments, the length of the portion overlapping the electrode side contact portion and the tip portion is L3, the length L3/length L1 is the first ratio A1, and the length L3/length L2 is the second ratio. When the ratio is A2, both the first ratio A1 and the second ratio A2 may be 0.8 or less. In this electrochemical reaction cell stack, the contact area between the non-bonded portion at the tip and the single cell is particularly small, and it is particularly effective in hindering the flow of the reaction gas flowing through the gas chamber into the single cell. Suppressed. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, the non-bonded portion of the tip is deformed due to the difference in thermal expansion between the first conductive member and the second conductive member. It is possible to suppress deterioration in the performance of the electrochemical reaction cell stack due to contact of the non-junction with the single cell.

(3)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記連接部に、前記連接部に対して前記スペーサーとは反対側の空間に連通する貫通孔であって、前記単セルに面する貫通孔が形成されている構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、ガス室(連接部に対してスペーサーとは反対側の空間)を流れる反応ガスの単セル内への流通性を更に向上させることができ、これにより電気化学反応セルスタックの性能を更に向上させることができる。 (3) In the above electrochemical reaction cell stack, a through hole communicating with a space on the opposite side of the connecting portion to the spacer and facing the single cell is formed in the connecting portion. It is also possible to adopt a configuration in which According to this electrochemical reaction cell stack, it is possible to further improve the flowability of the reaction gas flowing in the gas chamber (the space on the side opposite to the spacer with respect to the connecting part) into the single cell. The performance of the reaction cell stack can be further improved.

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

本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an 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である。FIG. 2 is an explanatory view showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position II-II in FIG. 1; 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。FIG. 2 is an explanatory view showing the YZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position III-III in FIG. 1; 図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図である。FIG. 3 is an 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. 2 ; 図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。FIG. 4 is an 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. 3 ; 図5のVI-VIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position VI-VI in FIG. 5; 図5のVII-VIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory view showing the XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position of VII-VII in FIG. 5; 単セル110の一部分(図4のX1部)のXZ断面構成を拡大して示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an enlarged XZ cross-sectional configuration of a portion (X1 section in FIG. 4) of the single cell 110; 単セル110の一部分(図5のX2部)のYZ断面構成を拡大して示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an enlarged YZ cross-sectional configuration of a portion (X2 section in FIG. 5) of the single cell 110; 単セル110の一部分(図7のX3部)のXY断面構成を拡大して示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing an enlarged XY cross-sectional configuration of a portion (X3 section in FIG. 7) of the single cell 110; 図10のXI-XIの位置における単セル110のYZ断面構成を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of the unit cell 110 at the position XI-XI in FIG. 10; 変形例における単セル110の一部分(図7のX3部に対応する部分)のXY断面構成を拡大して示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing an enlarged XY cross-sectional configuration of a part of the unit cell 110 (the part corresponding to the X3 part in FIG. 7) in the modified example; 図12のXIII-XIIIの位置における発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。13 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position of XIII-XIII in FIG. 12; FIG.

A.実施形態:
A-1.構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図であり、図2は、図1のII-IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図であり、図3は、図1のIII-IIIの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を「上方向」といい、Z軸負方向を「下方向」というものとするが、燃料電池スタック100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図4以降についても同様である。なお、Z軸方向は、特許請求の範囲における第1の方向の一例である。燃料電池スタックは、特許請求の範囲における電気化学反応セルスタックの一例である。
A. 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 direction of the Z-axis is referred to as the "upward direction" and the negative direction of the Z-axis is referred to as the "downward direction." It may be installed in different orientations. The same applies to FIG. 4 and subsequent figures. Note that the Z-axis direction is an example of a first direction in the scope of claims. A fuel cell stack is an example of an electrochemical reaction cell stack in the claims.

燃料電池スタック100は、複数の(本実施形態では7つの)発電単位102と、一対のエンドプレート104,106とを備える。7つの発電単位102は、所定の配列方向(本実施形態ではZ軸方向)に並べて配置されている。一対のエンドプレート104,106は、7つの発電単位102から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。 The fuel cell stack 100 includes a plurality of (seven in this embodiment) power generation units 102 and a pair of end plates 104 and 106 . The seven power generation units 102 are arranged side by side in a predetermined arrangement direction (the Z-axis direction in this embodiment). A pair of end plates 104 and 106 are arranged so as to sandwich an aggregate composed of seven power generation units 102 from above and below.

燃料電池スタック100を構成する各層(発電単位102、エンドプレート104,106)のZ軸方向回りの周縁部には、Z軸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Z軸方向に連通して、一方のエンドプレート104から他方のエンドプレート106にわたってZ軸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」という。 A plurality of holes (eight in this embodiment) penetrating in the Z-axis direction are formed in the peripheral edge portion around the Z-axis direction of each layer (the power generating unit 102, the end plates 104 and 106) constituting the fuel cell stack 100. Corresponding holes formed in each layer communicate with each other in the Z-axis direction to form a communication hole 108 extending in the Z-axis direction from one end plate 104 to the other end plate 106 . In the following description, the holes formed in each layer of the fuel cell stack 100 to constitute the communication holes 108 are also referred to as "communication holes 108".

各連通孔108にはZ軸方向に延びるボルト22が挿入されており、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と燃料電池スタック100の上端を構成するエンドプレート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と燃料電池スタック100の下端を構成するエンドプレート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る。 A bolt 22 extending in the Z-axis direction is inserted into each communication hole 108 , and the fuel cell stack 100 is fastened by the bolt 22 and nuts 24 fitted on both sides of the bolt 22 . 2 and 3, between the nut 24 fitted on one side (upper side) of the bolt 22 and the upper surface of the end plate 104 constituting the upper end of the fuel cell stack 100, and between the bolt An insulating sheet 26 is interposed between the nut 24 fitted to the other side (lower side) of the fuel cell stack 22 and the lower surface of the end plate 106 forming the lower end of the fuel cell stack 100 . However, at a location where a gas passage member 27, which will be described later, is provided, between the nut 24 and the surface of the end plate 106, the insulating sheets disposed above and below the gas passage member 27 and the gas passage member 27, respectively. 26 intervenes. The insulating sheet 26 is composed of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic powder sheet, a glass sheet, a glass-ceramic composite, or the like.

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が挿入された連通孔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、当該辺の反対側の辺(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が挿入された連通孔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 positioned bolt 22 (bolt 22A) and the communication hole 108 into 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. It functions as an oxidant gas supply manifold 161 that is a gas flow path for supplying to the power generation unit 102, and 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) positioned near the point and the communication hole 108 into 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が挿入された連通孔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、当該辺の反対側の辺(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が挿入された連通孔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。 In addition, 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 into 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 into 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 oxidizing gas supply manifold 161 communicates with the oxidizing 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、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート104は、最も上に位置する発電単位102の上側に配置され、他方のエンドプレート106は、最も下に位置する発電単位102の下側に配置されている。一対のエンドプレート104,106によって複数の発電単位102が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート104は、燃料電池スタック100のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート106は、燃料電池スタック100のマイナス側の出力端子として機能する。
(Configuration of end plates 104, 106)
The pair of end plates 104 and 106 are substantially rectangular plate-shaped conductive members, and are made of, for example, stainless steel. One end plate 104 is arranged above the uppermost power generating unit 102 and the other end plate 106 is arranged below the lowermost power generating unit 102 . A pair of end plates 104 and 106 hold a plurality of power generation units 102 in a pressed state. The upper end plate 104 functions as the positive side output terminal of the fuel cell stack 100 , and the lower end plate 106 functions as the negative side output terminal of the fuel cell stack 100 .

(発電単位102の構成)
図4は、図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図5は、図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。また、図6は、図4および図5のVI-VIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図であり、図7は、図4および図5のVII-VIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。なお、図7の上部に示されている部分拡大図は、断面構成を示す図ではなく斜視図である。
(Configuration of power generation unit 102)
4 is an 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. 2, and FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a YZ cross-sectional configuration of two power generation units 102; 6 is an explanatory view showing the XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position VI-VI in FIGS. 4 and 5, and FIG. 7 is the power generation unit at the position VII-VII in FIGS. 102 is an explanatory diagram showing an XY cross-sectional configuration; FIG. Note that the partially enlarged view shown in the upper part of FIG. 7 is not a view showing a cross-sectional structure but a perspective view.

図4および図5に示すように、発電単位102は、単セル110と、セパレータ120と、空気極側フレーム130と、空気極側集電体134と、燃料極側フレーム140と、燃料極側集電体144と、スペーサー149と、発電単位102の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ150とを備えている。インターコネクタ150は、単セル110に対してZ軸方向側に配置されている、といえる。セパレータ120、空気極側フレーム130、燃料極側フレーム140、インターコネクタ150におけるZ方向回りの周縁部には、上述したボルト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、発電単位102は、特許請求の範囲における電気化学反応単位の一例である。 As shown in FIGS. 4 and 5, the power generation unit 102 includes a single cell 110, a separator 120, an air electrode side frame 130, an air electrode side current collector 134, an anode side frame 140, an anode side It has current collectors 144 , spacers 149 , and a pair of interconnectors 150 forming the top layer and the bottom layer of the power generation unit 102 . It can be said that the interconnector 150 is arranged on the Z-axis direction side with respect to the single cell 110 . The separator 120, the air electrode side frame 130, the fuel electrode side frame 140, and the interconnector 150 are provided with holes corresponding to the communication holes 108 through which the bolts 22 are inserted. The power generation unit 102 is an example of an electrochemical reaction unit in the scope of claims.

インターコネクタ150は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ150は、発電単位102間の電気的導通を確保すると共に、発電単位102間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、2つの発電単位102が隣接して配置されている場合、1つのインターコネクタ150は、隣接する2つの発電単位102に共有されている。すなわち、ある発電単位102における上側のインターコネクタ150は、その発電単位102の上側に隣接する他の発電単位102における下側のインターコネクタ150と同一部材である。また、燃料電池スタック100は一対のエンドプレート104,106を備えているため、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えておらず、最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていない(図2および図3参照)。インターコネクタ150は、特許請求の範囲における第1導電部材の一例である。 The interconnector 150 is a substantially rectangular plate-shaped conductive member, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The interconnector 150 ensures electrical continuity between the power generating units 102 and prevents mixing of reaction gases between the power generating units 102 . In this embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacently, one interconnector 150 is shared by the two adjacent power generation units 102 . That is, the upper interconnector 150 in a certain power generation unit 102 is the same member as the lower interconnector 150 in another power generation unit 102 adjacent to the upper side of the power generation unit 102 . In addition, since the fuel cell stack 100 has a pair of end plates 104 and 106, the power generation unit 102 located at the top in the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150, and is located at the bottom. The generating unit 102 does not have a lower interconnector 150 (see Figures 2 and 3). The interconnector 150 is an example of a first conductive member in the claims.

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

電解質層112は、Z軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な(気孔率が低い)層である。ここでいうZ軸方向視は、「Z軸方向に平行な方向から見たとき」を意味する(以下における「方向視」も同様)。電解質層112は、例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)、SDC(サマリウムドープセリア)、GDC(ガドリニウムドープセリア)、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極114は、Z軸方向視で電解質層112より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な(電解質層112より気孔率が高い)層である。空気極114は、例えば、ペロブスカイト型酸化物(例えばLSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物)、LSM(ランタンストロンチウムマンガン酸化物)、LNF(ランタンニッケル鉄))により形成されている。燃料極116は、Z軸方向視で電解質層112と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な(電解質層112より気孔率が高い)層である。燃料極116の厚さは、例えば200μm~1000μmである。燃料極116における燃料極側集電体144の付近の部分の平均気孔率は、例えば25~60vol%であり、当該部分の平均気孔径は、例えば0.5μm~4μmである。このような構成である本実施形態の単セル110(発電単位102)は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池(SOFC)である。なお、本実施形態の燃料極116は、特許請求の範囲における特定電極の一例である。 The electrolyte layer 112 is a substantially rectangular plate-shaped member when viewed in the Z-axis direction, and is a dense (low porosity) layer. The Z-axis direction view here means "when viewed from a direction parallel to the Z-axis direction" (the same applies to "direction view" below). The electrolyte layer 112 is formed of a solid oxide such as YSZ (yttria-stabilized zirconia), ScSZ (scandia-stabilized zirconia), SDC (samarium-doped ceria), GDC (gadolinium-doped ceria), perovskite-type oxide, or the like. there is 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 a porous layer (having a higher porosity than the electrolyte layer 112). The air electrode 114 is made of, for example, a perovskite oxide (eg, LSCF (lanthanum strontium cobalt iron oxide), LSM (lanthanum strontium manganese oxide), LNF (lanthanum nickel iron)). 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 a porous layer (having a higher porosity than the electrolyte layer 112). The thickness of the fuel electrode 116 is, for example, 200 μm to 1000 μm. The average porosity of the portion of the fuel electrode 116 near the fuel electrode side current collector 144 is, for example, 25 to 60 vol %, and the average pore diameter of this portion is, for example, 0.5 μm to 4 μm. The single cell 110 (power generation unit 102) of this embodiment having such a configuration is a solid oxide fuel cell (SOFC) using a solid oxide as an electrolyte. In addition, the fuel electrode 116 of this embodiment is an example of a specific electrode in the claims.

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が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ120における孔121の周囲部分は、電解質層112における空気極114の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ120は、その対向した部分に配置されたろう材(例えばAgろう)により形成された接合部124により、電解質層112(単セル110)と接合されている。セパレータ120により、空気極114に面する空気室166と燃料極116に面する燃料室176とが区画され、単セル110の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。 The separator 120 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 121 penetrating in the Z-axis direction is formed near the center, and is made of metal, for example. The peripheral portion of the separator 120 around the hole 121 faces the peripheral portion of the surface of the electrolyte layer 112 on the air electrode 114 side. The separator 120 is joined to the electrolyte layer 112 (single cell 110) by a joint portion 124 formed of a brazing material (for example, Ag brazing material) arranged at the opposing portion. The air chamber 166 facing the air electrode 114 and the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116 are separated by the separator 120 to prevent gas leakage from one electrode side to the other electrode side in the peripheral portion of the unit cell 110 . Suppressed.

図6に示すように、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、セパレータ120における電解質層112に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム130によって、発電単位102に含まれる一対のインターコネクタ150間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム130には、酸化剤ガス供給マニホールド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。 As shown in FIG. 6, the air electrode side frame 130 is a frame-shaped member having a substantially rectangular hole 131 formed in the vicinity of the center in the Z-axis direction, and is made of an insulator such as mica. there is A hole 131 in the cathode-side frame 130 constitutes an air chamber 166 facing the cathode 114 . The air electrode-side frame 130 is in contact with the peripheral edge portion of the surface of the separator 120 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge portion of the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114 . . Also, the pair of interconnectors 150 included in the power generation unit 102 are electrically insulated by the air electrode side frame 130 . 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.

図7に示すように、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、セパレータ120における電解質層112に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、燃料極側フレーム140には、燃料ガス供給マニホールド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。 As shown in FIG. 7, the anode-side frame 140 is a frame-shaped member having a substantially rectangular hole 141 extending in the Z-axis direction near its 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 in contact with the periphery of the surface of the separator 120 facing the electrolyte layer 112 and the periphery of the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116 . 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.

空気極側集電体134は、空気室166内に配置されている。空気極側集電体134は、複数の略四角柱状の集電体要素から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体134は、空気極114における電解質層112に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102における空気極側集電体134は、上側のエンドプレート104に接触している。空気極側集電体134は、このような構成であるため、空気極114とインターコネクタ150(またはエンドプレート104)とを電気的に接続する。なお、本実施形態では、空気極側集電体134とインターコネクタ150とは一体の部材として形成されている。すなわち、当該一体の部材の内の、Z軸方向に直交する平板形の部分がインターコネクタ150として機能し、当該平板形の部分から空気極114に向けて突出するように形成された複数の凸部である集電体要素が空気極側集電体134として機能する。また、空気極側集電体134とインターコネクタ150との一体部材は、導電性のコートによって覆われていてもよく、空気極114と空気極側集電体134との間には、両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。 The air electrode side current collector 134 is arranged in the air chamber 166 . The air electrode-side current collector 134 is composed of a plurality of substantially quadrangular prism-shaped current collector elements, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The air electrode-side current collector 134 is in contact with the surface of the air electrode 114 opposite to the electrolyte layer 112 and the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114 . However, as described above, the uppermost power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150, so the air electrode side current collector 134 in the power generation unit 102 is the upper end plate 104 is in contact. Since the air electrode side current collector 134 has such a configuration, it electrically connects the air electrode 114 and the interconnector 150 (or the end plate 104). In addition, in this embodiment, the air electrode side current collector 134 and the interconnector 150 are formed as an integral member. That is, a flat plate-shaped portion orthogonal to the Z-axis direction in the integrated member functions as an interconnector 150, and a plurality of projections formed so as to protrude from the flat plate-shaped portion toward the air electrode 114 The current collector element that is the part functions as the air electrode side current collector 134 . Further, the integral member of the air electrode side current collector 134 and the interconnector 150 may be covered with a conductive coating, and between the air electrode 114 and the air electrode side current collector 134, A conductive bonding layer for bonding may be interposed.

図4および図5に示すように、燃料極側集電体144は、燃料室176内に配置されている。燃料極側集電体144は、単セル110とインターコネクタ150との間に位置している。 As shown in FIGS. 4 and 5, the fuel electrode side current collector 144 is arranged within the fuel chamber 176 . The fuel electrode side current collector 144 is located between the single cell 110 and the interconnector 150 .

燃料極側集電体144の熱膨張係数は、インターコネクタ150の熱膨張係数とは異なっている。燃料極側集電体144は、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。燃料極側集電体とインターコネクタとの各熱膨張係数については、それぞれを形成する材料の種類を考慮することにより、適宜、調整することができ、例えば熱膨張率測定装置(株式会社リガク社製 TMA8310)を用いて測定することにより、特定することができる。燃料極側集電体144は、特許請求の範囲における第2導電部材の一例である。 The thermal expansion coefficient of the fuel electrode side current collector 144 is different from that of the interconnector 150 . The fuel electrode side current collector 144 is made of, for example, nickel, a nickel alloy, stainless steel, or the like. The coefficients of thermal expansion of the current collector on the fuel electrode side and the interconnector can be appropriately adjusted by considering the types of materials forming them. It can be specified by measuring using TMA8310). The fuel electrode side current collector 144 is an example of a second conductive member in the claims.

燃料極側集電体144は、上記のような構成であるため、燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)とを電気的に接続する。 Since the fuel electrode side current collector 144 has the configuration described above, it electrically connects the fuel electrode 116 and the interconnector 150 (or the end plate 106).

スペーサー149は、燃料極側集電体144に覆われている。スペーサー149は、例えばマイカ等により板状に形成されている。なお、スペーサー149の板厚は、例えば0.4~3mmである。 The spacer 149 is covered with the fuel electrode side current collector 144 . The spacer 149 is formed in a plate shape, for example, from mica. Incidentally, the plate thickness of the spacer 149 is, for example, 0.4 to 3 mm.

A-2.燃料電池スタック100の動作:
図2、図4および図6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、図5および図7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, 4 and 6, the oxidant gas 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. When the OG is supplied, the oxidizing gas OG is supplied to the oxidizing gas supply manifold 161 through the branch portion 29 of the gas passage member 27 and the hole of the main body portion 28, and is supplied from the oxidizing gas supply manifold 161 to each power generation unit. The oxidant gas is supplied to the air chamber 166 via the oxidant gas supply communication hole 132 of 102 . 3, 5 and 7, the fuel gas is fed 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. When the FG is supplied, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas supply manifold 171 through the branch portion 29 of the gas passage member 27 and the hole of the main body portion 28, and the fuel of each power generation unit 102 is supplied from the fuel gas supply manifold 171. The gas is supplied to the fuel chamber 176 via the gas supply communication 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に含まれる酸素と燃料ガスFGに含まれる水素との電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位102において、単セル110の空気極114は空気極側集電体134を介して一方のインターコネクタ150に電気的に接続され、燃料極116は、燃料極側集電体144を介して他方のインターコネクタ150に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック100に含まれる複数の発電単位102は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック100の出力端子として機能するエンドプレート104,106から、各発電単位102において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、SOFCは、比較的高温(例えば700℃から1000℃)で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック100が加熱器(図示せず)により加熱されてもよい。 When the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 and the fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, the oxygen contained in the oxidant gas OG and the hydrogen contained in the fuel gas FG in the single cell 110 Electricity is generated by an electrochemical reaction with 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 one interconnector 150 through the air electrode side current collector 134, and the fuel electrode 116 is electrically connected through the fuel electrode side current collector 144. are electrically connected to the other interconnector 150 . Also, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. Therefore, the electrical energy generated in each power generation unit 102 is taken out from the end plates 104 and 106 that function 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、図4および図6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、図5および図7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。 The oxidant off-gas OOG discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102 is discharged to the oxidant gas discharge manifold 162 through the oxidant gas discharge communication hole 133 as shown in FIGS. Furthermore, through the holes of the body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidizing gas discharge manifold 162, fuel is supplied through a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29. It is discharged outside the battery stack 100 . Further, the fuel off-gas FOG discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102 is discharged to the fuel gas discharge manifold 172 through the fuel gas discharge communication hole 143, as shown in FIGS. Furthermore, 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 fuel gas discharge manifold 172 . is discharged to the outside of the

A-3.燃料極側集電体144およびその周辺の詳細構成:
図8は、単セル110の一部分(図4のX1部)のXZ断面構成を拡大して示す説明図である。但し、図8では、燃料極側集電体144に、後述する貫通孔THが形成されている位置における単セル110の断面が示されている。図8は、後述する図10のVIII-VIIIの位置における単セル110のXZ断面構成を示している。図9は、単セル110の一部分(図5のX2部)のYZ断面構成を拡大して示す説明図である。図10は、単セル110の一部分(図7のX3部)のXY断面構成を拡大して示す説明図である。図11は、図10のXI-XIの位置における単セル110のYZ断面構成を示す説明図である。
A-3. Detailed configuration of fuel electrode side current collector 144 and its surroundings:
FIG. 8 is an explanatory view showing an enlarged XZ cross-sectional configuration of a portion (X1 portion in FIG. 4) of the single cell 110. As shown in FIG. However, FIG. 8 shows a cross section of the single cell 110 at a position where a through hole TH, which will be described later, is formed in the fuel electrode side current collector 144 . FIG. 8 shows the XZ cross-sectional configuration of the single cell 110 at the position of VIII-VIII in FIG. 10, which will be described later. FIG. 9 is an explanatory view showing an enlarged YZ cross-sectional configuration of a portion (X2 section in FIG. 5) of the unit cell 110. As shown in FIG. FIG. 10 is an explanatory diagram showing an enlarged XY cross-sectional configuration of a portion of the single cell 110 (section X3 in FIG. 7). FIG. 11 is an explanatory view showing the YZ cross-sectional configuration of the single cell 110 at the position XI-XI in FIG.

図8に示すように、燃料極側集電体144は、電極側接触部145と、反対側接触部146と、連接部147(図4参照)と、X方向先端部148とを備えている。電極側接触部145は、燃料極116に接触し、燃料極116とは反対側においてスペーサー149と接触している。反対側接触部146は、インターコネクタ150(より正確には、一対のインターコネクタ150のうち、下側のインターコネクタ150の表面)に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102における反対側接触部146は、下側のエンドプレート106に接触している。連接部147は、電極側接触部145と反対側接触部146とを繋いでいる(図4参照)。X方向先端部148は、電極側接触部145のうち、連接部147に繋がる側とは反対側(X軸負方向側)に繋がっている。燃料極側集電体144のX方向先端部148と電極側接触部145と連接部147と反対側接触部146とによって、スペーサー149は覆われている。なお、X方向先端部148は、特許請求の範囲における先端部の一例である。 As shown in FIG. 8, the fuel electrode side current collector 144 includes an electrode side contact portion 145, an opposite side contact portion 146, a connecting portion 147 (see FIG. 4), and an X-direction tip portion 148. . The electrode-side contact portion 145 contacts the fuel electrode 116 and contacts the spacer 149 on the side opposite to the fuel electrode 116 . The opposite side contact portion 146 is in contact with the interconnector 150 (more precisely, the surface of the lower interconnector 150 of the pair of interconnectors 150). However, as described above, since the lowest power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not have the lower interconnector 150, the opposite contact portion 146 of the power generation unit 102 is connected to the lower end plate. 106 is in contact. The connecting portion 147 connects the electrode side contact portion 145 and the opposite side contact portion 146 (see FIG. 4). The X-direction tip portion 148 is connected to the side of the electrode-side contact portion 145 opposite to the side connected to the connecting portion 147 (X-axis negative direction side). The spacer 149 is covered with the X-direction tip portion 148 of the fuel electrode side current collector 144 , the electrode side contact portion 145 , the connecting portion 147 and the opposite side contact portion 146 . Note that the X-direction tip portion 148 is an example of the tip portion in the claims.

上述のように燃料極側集電体144の電極側接触部145と反対側接触部146との間にスペーサー149が配置されていることにより、燃料極側集電体144が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位102の変形に追随し、燃料極側集電体144を介した燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)との電気的接続が良好に維持される。 As described above, the spacer 149 is arranged between the electrode-side contact portion 145 and the opposite-side contact portion 146 of the fuel electrode-side current collector 144, so that the fuel electrode-side current collector 144 is not affected by temperature cycles and reactive gases. The deformation of the power generation unit 102 due to pressure fluctuations is followed, and the electrical connection between the fuel electrode 116 and the interconnector 150 (or the end plate 106) via the fuel electrode side current collector 144 is well maintained.

図9に示すように、燃料極側集電体144は、更に、Y方向先端部148Aと、Y方向先端部148Bとを備えている。2つのY方向先端部148A,148Bはそれぞれ、電極側接触部145のうち、Y軸方向の一方(Y軸負方向)の端と他方(Y軸正方向)の端とに繋がっている。 As shown in FIG. 9, the anode-side current collector 144 further includes a Y-direction tip 148A and a Y-direction tip 148B. The two Y-direction tip portions 148A and 148B are respectively connected to one (negative Y-axis direction) end and the other (positive Y-axis direction) end of the electrode-side contact portion 145 in the Y-axis direction.

(X方向先端部148およびその周辺の更なる詳細構成)
図8(および図4)に示すように、燃料極側集電体144のX方向先端部148は、スペーサー149に対して連接部147とは反対側(X軸負方向側)に位置する部分を有している。図8に示すようにX方向先端部148の全体がスペーサー149に対して連接部147とは反対側(X軸負方向側)に位置していてもよいが、X方向先端部148の一部のみがスペーサー149に対して連接部147とは反対側(X軸負方向側)に位置していてもよい。なお、「スペーサー149に対して連接部147とは反対側(X軸負方向側)に位置する」とは、スペーサー149に対して連接部147とは反対側(X軸負方向側)であって、かつ、X軸方向視においてスペーサー149と重なるように位置することを意味する。
(Further detailed configuration of X-direction tip 148 and its periphery)
As shown in FIG. 8 (and FIG. 4), the X-direction tip portion 148 of the fuel electrode-side current collector 144 is a portion located on the opposite side of the spacer 149 to the connecting portion 147 (X-axis negative direction side). have. As shown in FIG. 8, the entire X-direction tip 148 may be located on the opposite side of the spacer 149 from the connecting portion 147 (X-axis negative direction side). may be located on the opposite side of the spacer 149 to the connecting portion 147 (X-axis negative direction side). Note that “located on the side opposite to the connecting portion 147 with respect to the spacer 149 (X-axis negative direction side)” means that the connecting portion 147 is opposite to the spacer 149 (X-axis negative direction side). and positioned so as to overlap the spacer 149 when viewed in the X-axis direction.

燃料極側集電体144のX方向先端部148は、電極側接触部145における連接部147に接続する側とは反対側(X軸負方向側)から下方に延びる第1の上下延伸部200と、第1の上下延伸部200の下端からX軸負方向に延びるX延伸部201とを備えている。 The X-direction tip portion 148 of the fuel electrode-side current collector 144 is a first vertically extending portion 200 that extends downward from the opposite side (X-axis negative direction side) of the electrode-side contact portion 145 to the side connected to the connecting portion 147 . and an X extension portion 201 extending in the X-axis negative direction from the lower end of the first vertical extension portion 200 .

図10に示すように、X方向先端部148は、Z軸方向視においてスペーサー149(換言すれば、スペーサー149の延伸方向)に沿った方向であるY軸方向に延伸している。 As shown in FIG. 10, the X-direction tip 148 extends in the Y-axis direction, which is the direction along the spacer 149 (in other words, the extension direction of the spacer 149) when viewed in the Z-axis direction.

図8および図10に示すように、各発電単位102は、燃料極側集電体144のX方向先端部148(より詳細には、X延伸部201)とインターコネクタ150とを接合する複数の接合部151を備える。本実施形態の接合部151は、燃料極側集電体144のX方向先端部148とインターコネクタ150とを溶接(例えば、レーザーを用いたスポット溶接)することにより形成された溶接痕である。図10に示すように、複数の接合部151は、Z軸方向視においてY軸方向に沿って互いに間隔(例えば、略等間隔)を空けつつ並んでいる。ここでいう「ある方向に沿って」とは、当該方向について±20°の誤差が許容されるものであってもよい。Y軸方向は、特許請求の範囲における特定方向の一例である。なお、燃料極側集電体144とインターコネクタ150とを溶接する工程は燃料極側集電体144とインターコネクタ150とを密着させつつ行う必要があり、燃料極側集電体144として薄い材料(例えば、25μm程度のNi箔)を用いる際には密着させることが容易ではない。そのため、溶接の方法としては、燃料極側集電体144として薄い材料を用いる際でも燃料極側集電体144とインターコネクタ150とを密着させやすい方法であるスポット溶接を採用することが好ましい。 As shown in FIGS. 8 and 10, each power generation unit 102 includes a plurality of electrodes that join an X-direction tip portion 148 (more specifically, an X extension portion 201) of a fuel electrode-side current collector 144 and an interconnector 150. A junction 151 is provided. The joint portion 151 of the present embodiment is a weld mark formed by welding (for example, spot welding using a laser) the X-direction tip portion 148 of the fuel electrode side current collector 144 and the interconnector 150 . As shown in FIG. 10 , the plurality of joints 151 are arranged along the Y-axis direction while being spaced apart from each other (for example, at approximately equal intervals) when viewed in the Z-axis direction. Here, "along a certain direction" may allow an error of ±20° with respect to the direction. The Y-axis direction is an example of a specific direction in the claims. The process of welding the fuel electrode side current collector 144 and the interconnector 150 must be performed while the fuel electrode side current collector 144 and the interconnector 150 are in close contact with each other. (For example, Ni foil of about 25 μm) is not easy to adhere. Therefore, as a welding method, it is preferable to adopt spot welding, which is a method of easily bringing the fuel electrode-side current collector 144 and the interconnector 150 into close contact even when a thin material is used for the fuel electrode-side current collector 144 .

ここで、Z軸方向視において以下のように定義される領域を「特定領域SA」とする。すなわち、図10に示すように、特定領域SAは、第1線分LP1と第2線分LP2と第3線分LP3と第4線分LP4とにより囲まれた領域である。複数の接合部151の1つ(以下、「第1接合部151」という。例えば、図10の接合部1511)の中心C1と、第1接合部151の隣に位置する接合部151(以下、「第2接合部151」という。例えば、図10の接合部1512)の中心C2とを通る仮想直線VLに直交する方向を特定直交方向(本実施形態ではX軸方向)という。第1線分LP1は、第1接合部151に重なる特定直交方向(X軸方向)の仮想直線のうち、X方向先端部148の電極側接触部145とは反対側の輪郭線と交差する第1外側交点OI1と、第1接合部151に最も近いスペーサー149の表面と交差する第1内側交点II1とを結ぶ仮想線分である。第2線分LP2は、第2接合部151に重なる特定直交方向(X軸方向)の仮想直線のうち、X方向先端部148の電極側接触部145とは反対側の輪郭線と交差する第2外側交点OI2と、第2接合部151に最も近いスペーサー149の表面と交差する第2内側交点II2とを結ぶ仮想線分である。第3線分LP3は、第1外側交点OI1と第2外側交点OI2とを結ぶ仮想線分である。第4線分LP4は、第1内側交点II1と第2内側交点II2とを結ぶ仮想線分である。なお、図10に示されるSAは、複数の接合部151の1つである接合部1511を第1接合部151とし、接合部1511の隣に位置する接合部151である接合部1512を第2接合部151としたときの特定領域SAを示している。特定直交方向(X軸方向)は、特許請求の範囲における第2の方向の一例である。 Here, an area defined as follows when viewed in the Z-axis direction is referred to as a "specific area SA". That is, as shown in FIG. 10, the specific area SA is an area surrounded by a first line segment LP1, a second line segment LP2, a third line segment LP3, and a fourth line segment LP4. The center C1 of one of the plurality of joints 151 (hereinafter referred to as “first joint 151”; for example, joint 1511 in FIG. 10) and the joint 151 (hereinafter referred to as It is referred to as the “second joint portion 151.” For example, the direction perpendicular to the imaginary straight line VL passing through the center C2 of the joint portion 1512) in FIG. The first line segment LP1 is the first line segment that intersects the contour line on the side opposite to the electrode-side contact portion 145 of the X-direction tip portion 148, of the imaginary straight line in the specific orthogonal direction (X-axis direction) that overlaps the first joint portion 151. It is an imaginary line segment connecting the first outer intersection point OI1 and the first inner intersection point II1 that intersects the surface of the spacer 149 closest to the first joint portion 151 . The second line segment LP2 is the second line segment that intersects the contour line of the X-direction tip portion 148 on the side opposite to the electrode-side contact portion 145, of the imaginary straight line in the specific orthogonal direction (X-axis direction) that overlaps the second joint portion 151. It is an imaginary line segment connecting the second outer intersection point OI2 and the second inner intersection point II2 that intersects the surface of the spacer 149 closest to the second joint 151 . The third line segment LP3 is a virtual line segment connecting the first outer intersection point OI1 and the second outer intersection point OI2. A fourth line segment LP4 is a virtual line segment connecting the first inner intersection point II1 and the second inner intersection point II2. 10, the joint portion 1511, which is one of the plurality of joint portions 151, is the first joint portion 151, and the joint portion 1512, which is the joint portion 151 located next to the joint portion 1511, is the second joint portion 151. The specific area SA when the joint portion 151 is shown. The specific orthogonal direction (X-axis direction) is an example of a second direction in the scope of claims.

図10に示すように、燃料極側集電体144のX方向先端部148は、特定領域SAの一部において欠損している。より詳細には、本実施形態では、燃料極側集電体144は、X軸方向に凹むように切り欠かれた切り欠き部CPを複数有しており、これにより特定領域SAの一部において欠損している。切り欠き部CPは、隣り合う2つの接合部151間に1つずつ形成されている。なお、隣り合う2つの接合部151間に形成される切り欠き部CPの個数が2つ以上であってもよい。各切り欠き部CPは、燃料室176の一部であって、燃料極116の近傍に位置する部分に面している。なお、本実施形態では、いずれの隣り合う2つの接合部151の組合せに係る特定領域SAにおいても、燃料極側集電体144のX方向先端部148は、上記のように特定領域SAの一部において欠損している。また、図10では、切り欠き部CPは、上底が下底(凹みの底)よりも長い略台形状をなしているが、その形状は特に限定されるものではなく、例えば矩形などであってもよい。また、切り欠き部CPの角が直線状でなく曲線状としてもよく、この際にはより変形しにくくなる(浮き上がりにくくなる)ことがある。 As shown in FIG. 10, the X-direction tip portion 148 of the anode-side current collector 144 is missing in part of the specific region SA. More specifically, in this embodiment, the fuel electrode-side current collector 144 has a plurality of cutouts CP recessed in the X-axis direction. is missing. One notch CP is formed between two adjacent joints 151 . Note that the number of cutouts CP formed between two adjacent joints 151 may be two or more. Each notch CP faces a portion of the fuel chamber 176 that is located near the fuel electrode 116 . In the present embodiment, in the specific region SA associated with any combination of two adjacent joints 151, the X-direction tip 148 of the fuel electrode-side current collector 144 is located in one of the specific regions SA as described above. missing in some parts. In FIG. 10, the notch CP has a substantially trapezoidal shape with the upper base longer than the lower base (bottom of the recess), but the shape is not particularly limited, and may be, for example, a rectangle. may Further, the corners of the cutout portion CP may be curved instead of straight, and in this case, it may become more difficult to deform (be less likely to rise).

第1線分LP1の特定直交方向(本実施形態では、X軸方向)の長さをL1とし、第2線分LP2の特定直交方向(X軸方向)の長さをL2とし、第1線分LP1と第2線分LP2との間において特定直交方向(X軸方向)にX方向先端部148の欠損している部分を通過する仮想線分であって、第3線分LP3と第4線分LP4とを結ぶ仮想線分のうち、電極側接触部145およびX方向先端部148と重なる部分の長さをL3とし、長さL3/長さL1を第1比A1とし、長さL3/長さL2を第2比A2としたときに、第1比A1と第2比A2は、いずれも0.8以下である。第1比A1と第2比A2は、例えば、0.5である。 Let L1 be the length of the first line segment LP1 in the specific orthogonal direction (X-axis direction in this embodiment), L2 be the length of the second line segment LP2 in the specific orthogonal direction (X-axis direction), and An imaginary line segment passing through the missing portion of the X-direction tip portion 148 in a specific orthogonal direction (X-axis direction) between the segment LP1 and the second line segment LP2. Let L3 be the length of the portion of the virtual line segment connecting the line segment LP4 that overlaps the electrode-side contact portion 145 and the X-direction tip portion 148, and the length L3/length L1 is a first ratio A1, and the length L3 The first ratio A1 and the second ratio A2 are both 0.8 or less when the length L2 is the second ratio A2. The first ratio A1 and the second ratio A2 are, for example, 0.5.

(Y方向先端部148A,148Bおよびその周辺の更なる詳細構成)
図9に示すように、燃料極側集電体144のY方向先端部(148A,148B)は、スペーサー149に対してY軸方向側に位置する部分を有している。より詳細には、燃料極側集電体144の電極側接触部145のY軸負方向の端に繋がっているY方向先端部148Aは、スペーサー149に対してY軸負方向側に位置する部分を有している。燃料極側集電体144の電極側接触部145のY軸正方向の端に繋がっているY方向先端部148Bは、スペーサー149に対してY軸正方向側に位置する部分を有している。なお、図9に示すようにY方向先端部(148A,148B)の全体がスペーサー149に対してY軸方向側に位置していてもよいが、Y方向先端部(148A,148B)の一部のみがスペーサー149に対してY軸方向側に位置していてもよい。
(Further detailed configuration of Y-direction tip portions 148A and 148B and their surroundings)
As shown in FIG. 9, the Y-direction tip portions (148A, 148B) of the fuel electrode-side current collector 144 have portions positioned on the Y-axis direction side with respect to the spacer 149. As shown in FIG. More specifically, the Y-direction tip portion 148A connected to the Y-axis negative direction end of the electrode-side contact portion 145 of the fuel electrode-side current collector 144 is the portion located on the Y-axis negative direction side with respect to the spacer 149. have. A Y-direction tip portion 148B connected to the end in the Y-axis positive direction of the electrode-side contact portion 145 of the fuel electrode-side current collector 144 has a portion positioned on the Y-axis positive direction side with respect to the spacer 149. . As shown in FIG. 9, the entire Y-direction tip portions (148A, 148B) may be positioned on the Y-axis direction side with respect to the spacer 149. may be positioned on the Y-axis direction side with respect to the spacer 149 .

本実施形態では、燃料極側集電体144の電極側接触部145のY軸負方向の端に接続されているY方向先端部148Aは、電極側接触部145のY軸負方向の端から下方に延びる第2の上下延伸部203と、第2の上下延伸部203の下端からY軸負方向に延びるY延伸部204とを備えている。当該第2の上下延伸部203および当該Y延伸部204は、スペーサー149に対してY軸負方向側に位置している。なお、「スペーサー149に対してY軸負方向側に位置する」とは、スペーサー149に対してY軸負方向側であって、かつ、Y軸方向視においてスペーサー149と重なるように位置することを意味する。 In this embodiment, the Y-direction leading end portion 148A connected to the Y-axis negative direction end of the electrode-side contact portion 145 of the fuel electrode-side current collector 144 extends from the Y-axis negative direction end of the electrode-side contact portion 145. It has a second vertically extending portion 203 extending downward, and a Y extending portion 204 extending from the lower end of the second vertically extending portion 203 in the Y-axis negative direction. The second vertical extension portion 203 and the Y extension portion 204 are located on the Y-axis negative direction side with respect to the spacer 149 . Note that "located on the Y-axis negative direction side with respect to the spacer 149" means located on the Y-axis negative direction side with respect to the spacer 149 and overlapping the spacer 149 when viewed in the Y-axis direction. means

本実施形態では、燃料極側集電体144の電極側接触部145のY軸正方向の端に接続されているY方向先端部148Bは、電極側接触部145のY軸正方向の端から下方に延びる第3の上下延伸部205と、第3の上下延伸部205の下端からY軸正方向に延びるY延伸部206とを備えている。当該第3の上下延伸部205および当該Y延伸部206は、スペーサー149に対してY軸正方向側に位置している。なお、「スペーサー149に対してY軸正方向側に位置する」とは、スペーサー149に対してY軸正方向側であって、かつ、Y軸方向視においてスペーサー149と重なるように位置することを意味する。 In this embodiment, the Y-direction leading end portion 148B connected to the end of the electrode-side contact portion 145 of the fuel electrode-side current collector 144 in the positive Y-axis direction extends from the end of the electrode-side contact portion 145 in the positive Y-axis direction. A third vertically extending portion 205 extending downward and a Y extending portion 206 extending from the lower end of the third vertically extending portion 205 in the positive direction of the Y axis are provided. The third vertical extending portion 205 and the Y extending portion 206 are positioned on the Y-axis positive direction side with respect to the spacer 149 . Note that "located on the Y-axis positive direction side with respect to the spacer 149" means located on the Y-axis positive direction side with respect to the spacer 149 and overlapping the spacer 149 when viewed in the Y-axis direction. means

図9に示すように、各発電単位102は、燃料極側集電体144のY方向先端部148A(より詳細には、Y延伸部204)とインターコネクタ150とを接合する接合部153と、燃料極側集電体144のY方向先端部148B(より詳細には、Y延伸部206)とインターコネクタ150とを接合する接合部154とを備える。本実施形態の接合部153と接合部154とはいずれも、溶接(例えば、スポット溶接)により形成された溶接痕である。なお、図7における部分拡大図では、図の理解を容易にするために、便宜上、燃料極側集電体144のY方向先端部148Aがインターコネクタ150に接合される前の状態が示されている。 As shown in FIG. 9, each power generation unit 102 includes a joint portion 153 that joins a Y-direction tip portion 148A (more specifically, a Y extension portion 204) of the fuel electrode side current collector 144 and the interconnector 150; A joining portion 154 that joins the Y-direction tip portion 148B (more specifically, the Y extension portion 206) of the fuel electrode-side current collector 144 and the interconnector 150 is provided. Both the joint 153 and the joint 154 of the present embodiment are weld marks formed by welding (for example, spot welding). 7 shows the state before the Y-direction tip 148A of the fuel electrode-side current collector 144 is joined to the interconnector 150 for the sake of easy understanding of the drawing. there is

(連接部147の更なる詳細構成)
図8および図10に示すように、連接部147に、連接部147に対してスペーサー149とは反対側の空間に連通する貫通孔181が複数形成されている。各貫通孔181は、単セル110に面している。
(Further detailed configuration of connecting portion 147)
As shown in FIGS. 8 and 10 , the connecting portion 147 is formed with a plurality of through holes 181 that communicate with the space on the side opposite to the spacer 149 with respect to the connecting portion 147 . Each through-hole 181 faces the single cell 110 .

図10に示すように、複数の貫通孔181は、Y軸方向に互いに間隔を空けつつ並んでいる。 As shown in FIG. 10, the plurality of through-holes 181 are arranged in the Y-axis direction at intervals.

なお、本実施形態では、燃料極側集電体144の反対側接触部146と電極側接触部145と連接部147とX方向先端部148とY方向先端部148AとY方向先端部148Bとは一体の部材により構成されている。 In this embodiment, the opposite side contact portion 146, the electrode side contact portion 145, the connecting portion 147, the X direction tip portion 148, the Y direction tip portion 148A, and the Y direction tip portion 148B of the fuel electrode side current collector 144 are It is composed of an integral member.

本実施形態では、燃料極側集電体144は、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る金属箔(例えば、厚さが10~800μm)により形成されている。図7における部分拡大図に示すように、燃料極側集電体144は、略矩形の金属箔に切り込みを入れ、複数の矩形部分を曲げ起こすように加工し、当該矩形部分に上記切り欠き部CPを形成するために切り欠き加工を施すことにより製造される。 In this embodiment, the fuel electrode side current collector 144 is formed of a metal foil (eg, 10 to 800 μm thick) made of nickel, nickel alloy, stainless steel, or the like. As shown in the partially enlarged view of FIG. 7, the fuel electrode side current collector 144 is formed by making cuts in a substantially rectangular metal foil, bending and raising a plurality of rectangular portions, and forming the cutout portions in the rectangular portions. It is manufactured by notching to form the CP.

A-4.本実施形態の効果:
以上説明したように、本実施形態における燃料電池スタック100は、並べて配置された複数の発電単位102を備える。各発電単位102は、単セル110と、インターコネクタ150と、燃料極側集電体144と、スペーサー149とを備える。単セル110は、電解質層112と、電解質層112を挟んでZ軸方向に互いに対向する空気極114および燃料極116とを含む。インターコネクタ150は、単セル110に対してZ軸方向側に配置されている。燃料極側集電体144は、単セル110とインターコネクタ150(より正確には、一対のインターコネクタ150のうちの下側のインターコネクタ150、以下同様)との間に位置し、かつ、熱膨張係数がインターコネクタ150の熱膨張係数とは異なる。スペーサー149は、単セル110とインターコネクタ150との間に位置している。燃料極側集電体144は、電極側接触部145と、反対側接触部146と、連接部147と、X方向先端部148とを備える。電極側接触部145は、燃料極116に接触し、燃料極116とは反対側においてスペーサー149と接触している。反対側接触部146は、インターコネクタ150に接触している。連接部147は、電極側接触部145と反対側接触部146とを繋いでいる。X方向先端部148は、電極側接触部145に繋がり、かつ、スペーサー149に対して連接部147とは反対側に位置する部分を有する。X方向先端部148は、Z軸方向視においてスペーサー149に沿った方向であるY軸方向(以下、「特定方向Y」という。)に延伸している。各発電単位102は、燃料極側集電体144のX方向先端部148とインターコネクタ150とを接合する複数の接合部151を備える。複数の接合部151は、Z軸方向視において特定方向Yに沿って互いに間隔を空けつつ並んでいる。X方向先端部148は、特定領域SAの一部において欠損している。
A-4. Effect of this embodiment:
As described above, the fuel cell stack 100 in this embodiment includes a plurality of power generation units 102 arranged side by side. Each power generation unit 102 includes a single cell 110 , an interconnector 150 , an anode-side current collector 144 and a spacer 149 . The single cell 110 includes an electrolyte layer 112, and an air electrode 114 and a fuel electrode 116 facing each other in the Z-axis direction with the electrolyte layer 112 interposed therebetween. The interconnector 150 is arranged on the Z-axis direction side with respect to the single cell 110 . The fuel electrode-side current collector 144 is positioned between the unit cell 110 and the interconnector 150 (more precisely, the lower interconnector 150 of the pair of interconnectors 150; The coefficient of expansion is different from the thermal expansion coefficient of interconnect 150 . A spacer 149 is located between the single cell 110 and the interconnector 150 . The fuel electrode side current collector 144 includes an electrode side contact portion 145 , an opposite side contact portion 146 , a connecting portion 147 and an X-direction tip portion 148 . The electrode-side contact portion 145 contacts the fuel electrode 116 and contacts the spacer 149 on the side opposite to the fuel electrode 116 . Opposite contact portion 146 contacts interconnector 150 . The connecting portion 147 connects the electrode side contact portion 145 and the opposite side contact portion 146 . The X-direction tip portion 148 has a portion connected to the electrode-side contact portion 145 and located on the opposite side of the spacer 149 from the connecting portion 147 . The X-direction tip portion 148 extends in the Y-axis direction (hereinafter referred to as “specific direction Y”), which is the direction along the spacer 149 when viewed in the Z-axis direction. Each power generation unit 102 includes a plurality of joints 151 that join an X-direction tip 148 of a fuel electrode-side current collector 144 and an interconnector 150 . The plurality of joint portions 151 are arranged side by side with a space therebetween along the specific direction Y when viewed in the Z-axis direction. The X-direction leading end portion 148 is missing in part of the specific area SA.

なお、上述したように、特定領域SAは、Z軸方向視において以下のように定義される領域である。すなわち、特定領域SAは、第1線分LP1と第2線分LP2と第3線分LP3と第4線分LP4とにより囲まれた領域である。第1線分LP1は、複数の接合部151の1つである第1接合部151に重なる特定直交方向(本実施形態ではX軸方向)の仮想直線のうち、X方向先端部148の電極側接触部145とは反対側の輪郭線と交差する第1外側交点OI1と、第1接合部151に最も近いスペーサー149の表面と交差する第1内側交点II1とを結ぶ仮想線分である。特定直交方向(X軸方向)は、第1接合部151の中心C1と、第1接合部151の隣に位置する接合部151である第2接合部151の中心C2とを通る仮想直線VLに直交する方向である。第2線分LP2は、第2接合部151に重なる特定直交方向(X軸方向)の仮想直線のうち、X方向先端部148の電極側接触部145とは反対側の輪郭線と交差する第2外側交点OI2と、第2接合部151に最も近いスペーサー149の表面と交差する第2内側交点II2とを結ぶ仮想線分である。第3線分LP3は、第1外側交点OI1と第2外側交点OI2とを結ぶ仮想線分である。第4線分LP4は、第1内側交点II1と第2内側交点II2とを結ぶ仮想線分である。 As described above, the specific area SA is an area defined as follows when viewed in the Z-axis direction. That is, the specific area SA is an area surrounded by the first line segment LP1, the second line segment LP2, the third line segment LP3, and the fourth line segment LP4. The first line segment LP1 is one of the plurality of joints 151, which is one of the plurality of joints 151, and is one of the plurality of joints 151, which is the electrode side of the virtual straight line in the specific orthogonal direction (the X-axis direction in this embodiment). It is an imaginary line segment that connects a first outer intersection point OI1 that intersects the contour line on the side opposite to the contact portion 145 and a first inner intersection point II1 that intersects the surface of the spacer 149 closest to the first joint portion 151 . The specific orthogonal direction (X-axis direction) is an imaginary straight line VL passing through the center C1 of the first joint 151 and the center C2 of the second joint 151, which is the joint 151 located next to the first joint 151. It is the orthogonal direction. The second line segment LP2 is the second line segment that intersects the contour line of the X-direction tip portion 148 on the side opposite to the electrode-side contact portion 145, of the imaginary straight line in the specific orthogonal direction (X-axis direction) that overlaps the second joint portion 151. It is an imaginary line segment connecting the second outer intersection point OI2 and the second inner intersection point II2 that intersects the surface of the spacer 149 closest to the second joint 151 . The third line segment LP3 is a virtual line segment connecting the first outer intersection point OI1 and the second outer intersection point OI2. A fourth line segment LP4 is a virtual line segment connecting the first inner intersection point II1 and the second inner intersection point II2.

本実施形態の燃料電池スタック100では、上述したように、燃料極側集電体144は、スペーサー149に対して連接部147とは反対側(X軸負方向側)に位置する部分を有するX方向先端部148を備える。そのため、スペーサー149のX軸方向の位置ずれを抑制することができ、ひいては、スペーサー149のX軸方向の位置ずれにより燃料室176内のガスの流れが悪化することに起因する燃料電池スタック100の発電性能の低下を抑制することができる。 In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, as described above, the fuel electrode-side current collector 144 has a portion located on the opposite side of the spacer 149 to the connection portion 147 (X-axis negative direction side). A directional tip 148 is provided. Therefore, it is possible to suppress the displacement of the spacer 149 in the X-axis direction. A decrease in power generation performance can be suppressed.

ところで、上述した従来の燃料電池スタック(特開2021-022471号公報)では、燃料極側集電体の先端部の特定直交方向(X軸方向)の長さは均一である。換言すれば、上記のような特定領域SAを考慮すると、特定領域SAは欠損していないといえる。そのため、この燃料電池スタックにおいては、例えば運転中の温度変化が生じた際に、インターコネクタ150と燃料極側集電体144(より厳密には、燃料極側集電体144のX方向先端部148)との間の熱膨張差に起因して燃料極側集電体144のX方向先端部148が変形した結果、X方向先端部148の非接合部152(X方向先端部148のうち、第1接合部151と第2接合部151との間の部分)が単セル110に接触し、その結果、当該非接合部により、単セル110と燃料室176(単セル110とインターコネクタ150との間の空間)との間が塞がれた状態となることがある。このように単セル110と燃料室176との間が塞がれると、燃料室176(単セル110とインターコネクタ150との間の空間)を流れる反応ガスの単セル110内への流通性が阻害される。そのため、この燃料電池スタックにおいては、燃料室176を流れる反応ガスの単セル110内への流通性が阻害され、これにより、燃料電池スタック100の発電性能が低下するおそれがある。 By the way, in the above-described conventional fuel cell stack (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-022471), the length of the tip portion of the fuel electrode side current collector in the specific orthogonal direction (X-axis direction) is uniform. In other words, considering the specific area SA as described above, it can be said that the specific area SA is not deficient. Therefore, in this fuel cell stack, for example, when the temperature changes during operation, the interconnector 150 and the fuel electrode side current collector 144 (more strictly, the X direction end portion of the fuel electrode side current collector 144 is 148), the X-direction tip 148 of the fuel electrode-side current collector 144 is deformed due to the difference in thermal expansion between the The portion between the first joint portion 151 and the second joint portion 151) contacts the unit cell 110, and as a result, the unit cell 110 and the fuel chamber 176 (the portion between the unit cell 110 and the interconnector 150) come into contact with the unit cell 110. space between) may become blocked. When the space between the single cell 110 and the fuel chamber 176 is blocked in this way, the reaction gas flowing through the fuel chamber 176 (the space between the single cell 110 and the interconnector 150) is not easily circulated into the single cell 110. inhibited. Therefore, in this fuel cell stack, the flowability of the reaction gas flowing through the fuel chamber 176 into the single cell 110 is hindered, which may reduce the power generation 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、特定領域SAの一部において欠損している。そのため、インターコネクタ150と燃料極側集電体144との間の熱膨張差に起因して、X方向先端部148の非接合部152(X方向先端部148のうち、第1接合部151と第2接合部151との間の部分)が変形し、X方向先端部148の非接合部152が単セル110に接触したとしても、特定領域SAが欠損していない構成と比較して、X方向先端部148の非接合部152と単セル110との接触面積が小さいため、燃料室176を流れる反応ガスの単セル110内への流通性が阻害されることが抑制される。従って、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、インターコネクタ150と燃料極側集電体144との間の熱膨張差に起因してX方向先端部148の非接合部152が変形し、X方向先端部148の非接合部152が単セル110に接触することに起因する燃料電池スタック100の発電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, part of the specific area SA is missing. Therefore, due to the difference in thermal expansion between the interconnector 150 and the fuel electrode side current collector 144, the non-joint portion 152 of the X-direction tip portion 148 (the first joint portion 151 of the X-direction tip portion 148 and the part between the second joint portion 151) is deformed and the non-joint portion 152 of the X-direction tip portion 148 contacts the single cell 110, compared to the configuration in which the specific region SA is not deficient, the X Since the contact area between the non-joint portion 152 of the direction leading end portion 148 and the unit cell 110 is small, it is suppressed that the flowability of the reactant gas flowing through the fuel chamber 176 into the unit cell 110 is inhibited. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the non-joint portion 152 of the X-direction tip portion 148 is deformed due to the difference in thermal expansion between the interconnector 150 and the fuel electrode side current collector 144, A decrease in power generation performance of the fuel cell stack 100 due to contact of the non-joint portion 152 of the X-direction tip portion 148 with the single cell 110 can be suppressed.

本実施形態の燃料電池スタック100では、第1比A1と第2比A2は、いずれも0.8以下である。なお、上述したように、第1比A1は、長さL3/長さL1である。長さL3は、第1線分LP1と第2線分LP2との間において特定直交方向(X軸方向)にX方向先端部148の欠損している部分を通過する仮想線分であって、第3線分LP3と第4線分LP4とを結ぶ仮想線分のうち、電極側接触部145およびX方向先端部148と重なる部分の長さである。長さL1は、第1線分LP1の特定直交方向(X軸方向)の長さである。第2比A2は、長さL3/長さL2である。長さL2は、第2線分LP2の特定直交方向(X軸方向)の長さである。 In the fuel cell stack 100 of this embodiment, both the first ratio A1 and the second ratio A2 are 0.8 or less. In addition, as described above, the first ratio A1 is length L3/length L1. The length L3 is a virtual line segment passing through the missing portion of the X-direction tip 148 in a specific orthogonal direction (X-axis direction) between the first line segment LP1 and the second line segment LP2, It is the length of the portion of the imaginary line segment connecting the third line segment LP3 and the fourth line segment LP4 that overlaps the electrode-side contact portion 145 and the X-direction tip portion 148 . The length L1 is the length of the first line segment LP1 in the specific orthogonal direction (X-axis direction). The second ratio A2 is length L3/length L2. The length L2 is the length of the second line segment LP2 in the specific orthogonal direction (X-axis direction).

そのため、本実施形態の燃料電池スタック100では、X方向先端部148の非接合部152と単セル110との接触面積が特に小さくなり、燃料室176を流れる反応ガスの単セル110内への流通性が阻害されることが特に効果的に抑制される。従って、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、特に効果的に、インターコネクタ150と燃料極側集電体144との間の熱膨張差に起因してX方向先端部148の非接合部152が変形し、X方向先端部148の非接合部152が単セル110に接触することに起因する燃料電池スタック100の発電性能の低下を抑制することができる。 Therefore, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the contact area between the non-joint portion 152 of the X-direction end portion 148 and the unit cell 110 is particularly small, and the reaction gas flowing through the fuel chamber 176 flows into the unit cell 110. Inhibition of sexuality is particularly effectively suppressed. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the non-joint portion of the X-direction tip portion 148 is particularly effectively 152 is deformed and the non-joint portion 152 of the X-direction tip portion 148 is brought into contact with the unit cell 110, thereby suppressing deterioration in power generation performance of the fuel cell stack 100. FIG.

本実施形態の燃料電池スタック100では、連接部147に、連接部147に対してスペーサー149とは反対側の空間に連通する貫通孔181が形成されている。貫通孔181は、単セル110に面している。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、燃料室176(連接部147に対してスペーサー149とは反対側の空間)を流れる反応ガスの単セル110内への流通性を更に向上させることができ、これにより燃料電池スタック100の発電性能を更に向上させることができる。 In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the connecting portion 147 is formed with a through hole 181 that communicates with the space on the side opposite to the spacer 149 with respect to the connecting portion 147 . The through hole 181 faces the single cell 110 . Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the flowability of the reaction gas flowing through the fuel chamber 176 (the space on the side opposite to the spacer 149 with respect to the connecting portion 147) into the single cell 110 is further improved. This allows the power generation performance of the fuel cell stack 100 to be further improved.

本実施形態の燃料電池スタック100では、燃料極側集電体144は、スペーサー149に対してY軸方向側に位置する部分を有するY方向先端部148Aを備える。そのため、スペーサー149のY軸方向の位置ずれを抑制することができ、ひいては、スペーサー149のY軸方向の位置ずれにより燃料室176内のガスの流れが悪化することに起因する燃料電池スタック100の発電性能の低下を抑制することができる。 In the fuel cell stack 100 of this embodiment, the fuel electrode side current collector 144 has a Y-direction tip portion 148A having a portion located on the Y-axis direction side with respect to the spacer 149 . Therefore, it is possible to suppress the displacement of the spacer 149 in the Y-axis direction. A decrease in power generation performance can be suppressed.

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.

上記実施形態において、一部の発電単位102における燃料極側集電体144は、電極側接触部145と、反対側接触部146と、連接部147と、X方向先端部148と、Y方向先端部148Aと、Y方向先端部148Bとのいずれかを備えない、としてもよい。少なくとも1つの燃料極側集電体144が、反対側接触部146と、電極側接触部145と、連接部147と、X方向先端部148とを備える構成であれば、当該燃料極側集電体144の電極側接触部145と反対側接触部146との間に配置されたスペーサー149のX軸方向の位置ずれを抑制することができる。なお、発電単位102に含まれる燃料極側集電体144の個数の50%以上(より好ましくは80%以上)の個数の燃料極側集電体144がそのような構成(反対側接触部146と、電極側接触部145と、連接部147と、X方向先端部148を備える構成)となっていることが特に好ましい。また、発電単位102に含まれる燃料極側集電体144の個数の50%以上(より好ましくは80%以上)の個数の燃料極側集電体144がそのような構成となっている発電単位102の個数が、燃料電池スタック100に含まれる発電単位102の個数の20%以上(より好ましくは50%以上、さらに好ましくは80%)となっていることが特に好ましい。 In the above embodiment, the fuel electrode side current collector 144 in some of the power generation units 102 includes the electrode side contact portion 145, the opposite side contact portion 146, the connecting portion 147, the X direction tip portion 148, and the Y direction tip Either the portion 148A or the Y-direction tip portion 148B may be omitted. If at least one fuel electrode-side current collector 144 includes the opposite side contact portion 146, the electrode side contact portion 145, the connecting portion 147, and the X-direction tip portion 148, the fuel electrode side current collector The displacement in the X-axis direction of the spacer 149 arranged between the electrode-side contact portion 145 and the opposite-side contact portion 146 of the body 144 can be suppressed. In addition, 50% or more (more preferably 80% or more) of the number of fuel electrode side current collectors 144 included in the power generation unit 102 has such a configuration (opposite side contact portion 146 , an electrode-side contact portion 145, a connecting portion 147, and an X-direction tip portion 148). In addition, a power generation unit in which 50% or more (more preferably 80% or more) of the number of fuel electrode side current collectors 144 included in the power generation unit 102 has such a configuration. It is particularly preferable that the number of 102 is 20% or more (more preferably 50% or more, still more preferably 80%) of the number of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 .

上記実施形態(または変形例、以下同様)において、全てまたは一部の発電単位102における燃料極側集電体144は、Y方向先端部148BとY方向先端部148Bとの両方または一方を備えない、としてもよい。 In the above embodiment (or modified example, the same applies hereinafter), the fuel electrode side current collector 144 in all or some of the power generation units 102 does not include either or both of the Y-direction tip portion 148B and the Y-direction tip portion 148B. , may be

上記実施形態では、燃料極側集電体144のX方向先端部148と、電極側接触部145と、連接部147と、反対側接触部146とによって、スペーサー149は覆われている。これについて、単セル110の任意の断面においてスペーサー149は覆われているとしてよいが、単セル110の一部の断面のみにおいてスペーサー149は覆われているとしてもよい。また、スペーサー149の全周に亘って覆うとしてよいが、スペーサー149の全周でなく、一部のみを覆うとしてもよい。 In the above embodiment, the spacer 149 is covered with the X-direction tip portion 148 of the fuel electrode-side current collector 144 , the electrode-side contact portion 145 , the connecting portion 147 , and the opposite side contact portion 146 . In this regard, spacers 149 may be covered in any cross-section of single cell 110 , but spacers 149 may be covered only in some cross-sections of single cell 110 . Moreover, although the spacer 149 may be covered over the entire circumference, only a portion of the spacer 149 may be covered instead of the entire circumference.

上記実施形態において、1つの燃料極側集電体144に覆われるスペーサー149が複数の分割した部分により構成されていてもよい。 In the above embodiment, the spacer 149 covered with one anode-side current collector 144 may be composed of a plurality of divided parts.

上記実施形態では、接合部151,153,154は、溶接により形成された溶接痕であるが、これらの全てまたは一部が溶接以外の接合方法(例えば、機械的接合や接着)により形成されるものであってもよい。 In the above embodiment, the joints 151, 153, and 154 are weld marks formed by welding, but all or part of these are formed by a joining method other than welding (for example, mechanical joining or adhesion). can be anything.

上記実施形態では、燃料極側集電体144は、X軸方向に凹むように切り欠かれた切り欠き部CPを複数有しており、これにより特定領域SAの一部において欠損しているが、切り欠き部CP以外の態様により、特定領域SAの一部において欠損している、としてもよい。図12は、変形例における単セル110の一部分(図7のX3部に対応する部分)のXY断面構成を拡大して示す説明図である。図13は、図12のXIII-XIIIの位置における発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。例えば、図12および図13に示すように、燃料極側集電体144のX方向先端部148に、Z軸方向に貫通する貫通孔THが形成されており、これにより特定領域SAの一部において欠損している、としてもよい。なお、図12および図13の例では、貫通孔THが複数形成されており、複数の貫通孔THは、Z軸方向視においてY軸方向に沿って互いに間隔を空けつつ並んでいる。貫通孔THは、隣り合う2つの接合部151間に3つずつ形成されている。隣り合う2つの接合部151間に形成される貫通孔THの個数は、3つに限らず、可変可能である。各貫通孔THは、燃料室176の一部であって、燃料極116の近傍に位置する部分に面している。いずれの隣り合う2つの接合部151の組合せに係る特定領域SAにおいても、燃料極側集電体144のX方向先端部148は、上記のように特定領域SAの一部において欠損している。貫通孔THは、例えば、プレス加工などにより形成することができる。なお、図12および図13の例では、各貫通孔THは、略円形状であるが、その形状は特に限定されるものではなく、例えば長孔などであってもよい。 In the above-described embodiment, the anode-side current collector 144 has a plurality of notch portions CP that are notched so as to be recessed in the X-axis direction. , part of the specific area SA may be missing due to aspects other than the notch CP. FIG. 12 is an explanatory diagram showing an enlarged XY cross-sectional configuration of a portion of the single cell 110 (the portion corresponding to the X3 portion in FIG. 7) in the modification. FIG. 13 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position of XIII-XIII in FIG. For example, as shown in FIGS. 12 and 13, a through hole TH penetrating in the Z-axis direction is formed in the X-direction tip portion 148 of the fuel electrode-side current collector 144, thereby forming a part of the specific region SA. It may be assumed that it is missing in In addition, in the examples of FIGS. 12 and 13, a plurality of through holes TH are formed, and the plurality of through holes TH are arranged side by side in the Y-axis direction while being spaced apart from each other when viewed in the Z-axis direction. Three through holes TH are formed between two adjacent joints 151 . The number of through-holes TH formed between two adjacent joints 151 is not limited to three and can be varied. Each through hole TH is a part of the fuel chamber 176 and faces a portion located near the fuel electrode 116 . In the specific area SA associated with any combination of two adjacent joints 151, the X-direction tip 148 of the fuel electrode-side current collector 144 is missing in part of the specific area SA as described above. The through hole TH can be formed by, for example, press working. Although each through-hole TH has a substantially circular shape in the examples of FIGS. 12 and 13, the shape is not particularly limited, and may be, for example, an elongated hole.

上記実施形態では、いずれの接合部151とその隣の接合部151の組合せにおいても、燃料極側集電体144のX方向先端部148は、特定領域SAの一部において欠損しているが、一部の接合部151とその隣の接合部151の組合せのみにおいて、燃料極側集電体144のX方向先端部148は、特定領域SAの一部において欠損している、としてもよい。 In the above embodiment, the X-direction tip 148 of the fuel electrode-side current collector 144 is missing in a part of the specific region SA in any combination of the joint 151 and the joint 151 next to it. The X-direction tip 148 of the anode-side current collector 144 may be missing in a part of the specific region SA only in the combination of a part of the joint 151 and the joint 151 adjacent thereto.

上記実施形態において、燃料極側集電体144の電極側接触部145は、燃料極116における電解質層112に対向する側とは反対側の表面に接合材を介して接触している構成であってもよい。また、上記実施形態において、燃料極側集電体144の反対側接触部146は、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面に接合材を介して接触している構成であってもよい。 In the above embodiment, the electrode-side contact portion 145 of the fuel electrode-side current collector 144 is in contact with the surface of the fuel electrode 116 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 via a bonding material. may Further, in the above-described embodiment, even if the opposite side contact portion 146 of the fuel electrode side current collector 144 is in contact with the surface of the interconnector 150 on the side facing the fuel electrode 116 via a bonding material, good.

また、上記実施形態では、燃料極側集電体144の反対側接触部146と電極側接触部145と連接部147とX方向先端部148とは一体の部材により構成されているが、反対側接触部146と電極側接触部145と連接部147とのいずれかまたはすべてが別体の部材により構成されていてもよい。 In the above embodiment, the opposite side contact portion 146 of the fuel electrode side current collector 144, the electrode side contact portion 145, the connecting portion 147, and the X-direction tip portion 148 are configured by an integral member. Any or all of the contact portion 146, the electrode-side contact portion 145, and the connecting portion 147 may be configured by separate members.

上記実施形態の燃料電池スタック100において、空気極側集電体134が、単セル110に対して上方(Z軸方向の一方)の側に配置されたインターコネクタ150(以下、当該インターコネクタ150を特に指すときには「上側のインターコネクタ150」という。)の表面に接触する反対側接触部と、空気極114に接触する電極側接触部と、当該反対側接触部と当該電極側接触部とをつなぐ連接部と、当該電極側接触部における当該連接部に接続する側とは反対側に接続されているX軸方向先端部(以下、「空気極側のX軸方向先端部」という。)を備え、当該反対側接触部と当該電極側接触部との間にスペーサー(スペーサー149と同様の材料および形状である部材。以下、「空気極側スペーサー」という。)が配置され、空気極側のX軸方向先端部が特定領域SAの一部において欠損している構成が採用されてもよい。この構成においても、上記実施形態の場合と同様の理由から、空気極側のX軸方向先端部の存在により、スペーサー149のX軸方向の位置ずれを抑制することができ、更に、空気極側のX軸方向先端部が特定領域SAの一部において欠損していることにより、空気極側のX軸方向先端部の非接合部が単セル110に接触することに起因する燃料電池スタック100の発電性能の低下を抑制することができる。この構成においては、上側のインターコネクタ150は、特許請求の範囲における第1導電部材の一例であり、空気極側集電体134は、特許請求の範囲における第2導電部材の一例であり、空気極114は特許請求の範囲における特定電極の一例である。また、このような構成に加えて、上記実施形態の燃料電池スタック100において、空気極側集電体134が、電極側接触部145におけるY軸方向の端に接続されている第2の先端部であって、少なくとも一部が空気極側スペーサーに対してY軸方向の側に位置するY軸方向先端部(以下、「空気極側のY軸方向先端部」という。)を備える構成が採用されてもよい。この構成においても、上記実施形態の場合と同様の理由から、空気極側のY軸方向先端部の存在により、空気極側スペーサーのY軸方向の位置ずれを抑制することができる。 In the fuel cell stack 100 of the above embodiment, the interconnector 150 (hereinafter referred to as the interconnector 150) in which the air electrode side current collector 134 is arranged on the upper side (one side in the Z-axis direction) of the unit cell 110 ), the electrode-side contact portion that contacts the air electrode 114, and the opposite-side contact portion and the electrode-side contact portion. and an X-axis direction tip connected to the side of the electrode-side contact portion opposite to the side connected to the connection portion (hereinafter referred to as “air electrode side X-axis direction tip”). , a spacer (a member having the same material and shape as the spacer 149; hereinafter referred to as an “air electrode side spacer”) is arranged between the opposite side contact portion and the electrode side contact portion. A configuration in which the tip in the axial direction is missing in a part of the specific area SA may be adopted. In this configuration as well, for the same reason as in the above embodiment, the presence of the X-axis direction tip portion on the air electrode side can suppress the positional deviation of the spacer 149 in the X-axis direction. of the fuel cell stack 100 caused by the non-joint portion of the X-axis direction tip of the air electrode side coming into contact with the single cell 110 due to the lack of the X-axis direction tip of the fuel cell stack 100 in a part of the specific area SA. A decrease in power generation performance can be suppressed. In this configuration, the upper interconnector 150 is an example of the first conductive member in the claims, the air electrode side current collector 134 is an example of the second conductive member in the claims, and the air electrode side current collector 134 is an example of the second conductive member in the claims. The pole 114 is an example of a specific electrode in the claims. In addition to such a configuration, in the fuel cell stack 100 of the above-described embodiment, the air electrode side current collector 134 is connected to the end of the electrode side contact portion 145 in the Y-axis direction. At least a part of which is provided with a Y-axis direction tip portion located on the Y-axis direction side of the air electrode side spacer (hereinafter referred to as "Y-axis direction tip portion on the air electrode side") is adopted. may be In this configuration as well, for the same reason as in the above embodiment, the presence of the Y-axis direction tip portion on the air electrode side makes it possible to suppress the displacement of the air electrode side spacer in the Y axis direction.

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うSOFCを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル(SOEC)の最小単位である電解セル単位や、複数の電解セル単位を備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開2016-81813号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック100と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック100を電解セルスタックと読み替え、発電単位102を電解セル単位と読み替えればよい。 Further, in the above embodiments, SOFCs that generate electricity by utilizing the electrochemical reaction between the hydrogen contained in the fuel gas and the oxygen contained in the oxidant gas are used. It is also applicable to an electrolytic cell unit, which is the minimum unit of a solid oxide electrolysis cell (SOEC) that utilizes hydrogen to generate hydrogen, and an electrolytic cell stack comprising a plurality of electrolytic cell units. The configuration of the electrolysis cell stack is known, for example, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 2016-81813. Configuration. That is, the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment should be read as an electrolysis cell stack, and the power generation unit 102 should be read as an electrolysis cell unit.

22(22A~22E): 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 100:燃料電池スタック 102:発電単位 104,106: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 120:セパレータ 121:孔 124:接合部 130:空気極側フレーム 131:孔 132:酸化剤ガス供給連通孔 133:酸化剤ガス排出連通孔 134:空気極側集電体 140:燃料極側フレーム 141:孔 142:燃料ガス供給連通孔 143:燃料ガス排出連通孔 144:燃料極側集電体 145:電極側接触部 146:反対側接触部 147:連接部 148:X方向先端部 148A,148B:Y方向先端部 149:スペーサー 150:インターコネクタ 151,153,154:接合部 152:非接合部 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 181:貫通孔 200:第1の上下延伸部 201:X延伸部 203:第2の上下延伸部 204:Y延伸部 205:第3の上下延伸部 206:Y延伸部 1511:接合部 1512:接合部 CP:切り欠き部 FG:燃料ガス FOG:燃料オフガス II1:第1内側交点 II2:第2内側交点 OG:酸化剤ガス OI1:第1外側交点 OI2:第2外側交点 OOG:酸化剤オフガス SA:特定領域 TH:貫通孔 22 (22A to 22E): Bolt 24: Nut 26: Insulating sheet 27: Gas passage member 28: Body portion 29: Branch portion 100: Fuel cell stack 102: Power generation unit 104, 106: End plate 108: Communication hole 110: Single Cell 112: Electrolyte layer 114: Air electrode 116: Fuel electrode 120: Separator 121: Hole 124: Joint 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 communication hole 143: fuel gas discharge communication hole 144: fuel electrode side current collector 145: electrode side contact portion 146: opposite side contact portion 147 : connecting part 148: X-direction tip part 148A, 148B: Y-direction tip part 149: Spacer 150: Interconnector 151, 153, 154: Joint part 152: Non-joint 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 181: Through hole 200: First vertical extension 201: X extension 203: Second vertical extension 204: Y extension Part 205: Third vertical extension 206: Y extension 1511: Joint 1512: Joint CP: Notch FG: Fuel gas FOG: Fuel off-gas II1: First inner intersection II2: Second inner intersection OG: Oxidation OI1: first outer intersection point OI2: second outer intersection point OOG: oxidant off-gas SA: specific area TH: through hole

Claims (3)

電解質層と、前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む単セルと、
前記単セルに対して前記第1の方向側に配置された第1導電部材と、
前記単セルと前記第1導電部材との間に位置し、かつ、熱膨張係数が前記第1導電部材の熱膨張係数とは異なる、第2導電部材と、
前記単セルと前記第1導電部材との間に位置するスペーサーと、を備える電気化学反応単位が複数並べて配置された電気化学反応セルスタックであって、
少なくとも1つの前記電気化学反応単位である特定反応単位における前記第2導電部材は、
前記空気極と前記燃料極とのうちの一方である特定電極に接触し、前記特定電極とは反対側において前記スペーサーと接触する電極側接触部と、
前記第1導電部材に接触する反対側接触部と、
前記電極側接触部と前記反対側接触部とを繋ぐ連接部と、
前記電極側接触部に繋がり、かつ、前記スペーサーに対して前記連接部とは反対側に位置する部分を有する先端部であって、前記第1の方向視において前記スペーサーに沿った特定方向に延伸している先端部と、を備える、電気化学反応セルスタックにおいて、
前記特定反応単位は、前記第2導電部材の前記先端部と、前記第1導電部材とを接合する複数の接合部であって、前記第1の方向視において前記特定方向に沿って互いに間隔を空けつつ並んでいる複数の接合部を備え、
前記複数の接合部のうちのいずれかを第1接合部とし、前記第1接合部の隣に位置する前記接合部を第2接合部とし、かつ、
前記第1の方向視において、前記第1接合部の中心と前記第2接合部の中心とを通る仮想直線に直交する方向を第2の方向とし、前記第1接合部に重なる前記第2の方向の仮想直線のうち、前記先端部の前記電極側接触部とは反対側の輪郭線と交差する第1外側交点と、前記第1接合部に最も近い前記スペーサーの表面と交差する第1内側交点とを結ぶ仮想線分を第1線分とし、前記第2接合部に重なる前記第2の方向の仮想直線のうち、前記先端部の前記電極側接触部とは反対側の輪郭線と交差する第2外側交点と、前記第2接合部に最も近い前記スペーサーの表面と交差する第2内側交点とを結ぶ仮想線分を第2線分とし、前記第1外側交点と前記第2外側交点とを結ぶ仮想線分を第3線分とし、前記第1内側交点と前記第2内側交点とを結ぶ仮想線分を第4線分とし、前記第1線分と前記第2線分と前記第3線分と前記第4線分とにより囲まれた領域を特定領域としたときに、
前記先端部は、前記特定領域の一部において欠損している、
ことを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
a single cell including an electrolyte layer, and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction with the electrolyte layer interposed therebetween;
a first conductive member arranged on the first direction side with respect to the unit cell;
a second conductive member positioned between the single cell and the first conductive member and having a coefficient of thermal expansion different from that of the first conductive member;
An electrochemical reaction cell stack in which a plurality of electrochemical reaction units are arranged side by side, each comprising a spacer positioned between the single cell and the first conductive member,
The second conductive member in the specific reaction unit, which is at least one of the electrochemical reaction units,
an electrode-side contact portion that contacts a specific electrode that is one of the air electrode and the fuel electrode and that contacts the spacer on a side opposite to the specific electrode;
an opposite side contact portion that contacts the first conductive member;
a connecting portion that connects the electrode-side contact portion and the opposite-side contact portion;
A tip portion connected to the electrode-side contact portion and having a portion located on the side opposite to the connecting portion with respect to the spacer, the tip portion extending in a specific direction along the spacer when viewed in the first direction. an electrochemical reaction cell stack comprising:
The specific reaction unit is a plurality of joints that join the tip of the second conductive member and the first conductive member, and is spaced apart from each other along the specific direction when viewed in the first direction. Equipped with multiple joints that are lined up while being vacant,
any one of the plurality of joints is defined as a first joint, and the joint located adjacent to the first joint is defined as a second joint; and
When viewed from the first direction, a direction orthogonal to an imaginary straight line passing through the center of the first joint and the center of the second joint is defined as a second direction, and the second joint overlapping the first joint is defined as a second direction. Of the imaginary straight lines in the direction, a first outer intersection point that intersects the contour line on the side opposite to the electrode-side contact portion of the tip portion, and a first inner intersection point that intersects the surface of the spacer closest to the first joint portion. An imaginary line segment connecting the points of intersection is defined as a first line segment, and among imaginary straight lines in the second direction overlapping the second joint portion, the virtual line segment intersects the contour line on the opposite side of the electrode-side contact portion of the tip portion. and a second inner intersection point that intersects the surface of the spacer closest to the second joint portion is defined as a second line segment, and the first outer intersection point and the second outer intersection point A virtual line segment connecting the first inner intersection point and the second inner intersection point is a fourth line segment, and the first line segment, the second line segment and the When the region surrounded by the third line segment and the fourth line segment is defined as the specific region,
The tip is missing in a part of the specific region,
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、
前記第1線分の前記第2の方向の長さをL1とし、前記第2線分の前記第2の方向の長さをL2とし、前記第1線分と前記第2線分との間において前記第2の方向に前記先端部の欠損している部分を通過する仮想線分であって、前記第3線分と前記第4線分とを結ぶ仮想線分のうち、前記電極側接触部および前記先端部と重なる部分の長さをL3とし、長さL3/長さL1を第1比A1とし、長さL3/長さL2を第2比A2としたときに、
第1比A1と第2比A2は、いずれも0.8以下である、
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 length of the first line segment in the second direction is L1, the length of the second line segment in the second direction is L2, and the distance between the first line segment and the second line segment is in the virtual line segment passing through the missing portion of the tip portion in the second direction, the virtual line segment connecting the third line segment and the fourth line segment in the electrode side contact When the length of the portion and the portion overlapping with the tip portion is L3, the length L3/length L1 is a first ratio A1, and the length L3/length L2 is a second ratio A2,
Both the first ratio A1 and the second ratio A2 are 0.8 or less,
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、
前記連接部に、前記連接部に対して前記スペーサーとは反対側の空間に連通する貫通孔であって、前記単セルに面する貫通孔が形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
The electrochemical reaction cell stack according to claim 1 or claim 2,
A through hole communicating with a space on the opposite side of the connecting portion to the spacer and facing the single cell is formed in the connecting portion,
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
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