JP2009158123A - Fuel cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device - Google Patents
Fuel cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009158123A JP2009158123A JP2007331633A JP2007331633A JP2009158123A JP 2009158123 A JP2009158123 A JP 2009158123A JP 2007331633 A JP2007331633 A JP 2007331633A JP 2007331633 A JP2007331633 A JP 2007331633A JP 2009158123 A JP2009158123 A JP 2009158123A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- fuel
- cell stack
- current collecting
- collecting member
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、複数の燃料電池セルを間に集電部材を介して立設してなる燃料電池セルスタック装置、およびそれを具備する燃料電池モジュールならびに燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell stack device in which a plurality of fuel cells are erected via a current collecting member, and a fuel cell module and a fuel cell device including the fuel cell stack device.
近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガスと酸素含有ガス(空気等)とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを集電部材を介して複数並設し電気的に直列に接続してなるセルスタックを燃料電池セルにガスを供給するマニホールドに固定した燃料電池セルスタック装置や、それを収納してなる燃料電池モジュール、さらには燃料電池モジュールを収納してなる燃料電池装置が種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, as next-generation energy, a plurality of fuel cells that can obtain electric power using a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas (such as air) are arranged in parallel via a current collecting member and electrically connected in series. Various fuel cell stack devices in which the cell stack is fixed to a manifold that supplies gas to the fuel cells, fuel cell modules that store the fuel cell devices, and fuel cell devices that store the fuel cell modules have been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
図9は、燃料電池セルスタック装置を構成する従来の集電部材の一例を示したものであり、(a)は隣接する一方の燃料電池セルの平坦面に当接する第1導電体片(接触部)82と、隣接する一方の燃料電池セルの端部から隣接する他方の燃料電池セルの他方の端部へと傾斜して延びる第2導電体片83と、他方の燃料電池セルの平坦面に当接する第3導電体片(接触部)84と、他方の燃料電池セルの一方の端部から一方の燃料電池セルの他方の端部へと傾斜して延びる第4導電体片85とを基本要素として具備する集電部材81を示しており(例えば、特許文献2参照)、(b)は、左右の平板(接続部)87間に渡された複数のストライプ状の橋(接触部)88を、交互に反対側(紙面に対して水平方向)に折り曲げてなる構成の集電部材86を示している(例えば、特許文献3参照)。
ところで、上記特許文献1に記載されたような、燃料電池セルの上端部側で余剰の燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させるタイプの燃料電池セルスタック装置においては、各燃料電池セルの上端部側の温度が高く、下端部側の温度が低いという不均一な温度分布を生じる場合がある。
By the way, in the fuel cell stack device of the type that burns excess fuel gas and oxygen-containing gas on the upper end side of the fuel cell as described in
ここで、燃料電池セルの上下方向における温度分布が不均一となる場合には、燃料電池セルの発電効率が低下するおそれがある。 Here, when the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell becomes non-uniform, the power generation efficiency of the fuel cell may be reduced.
それゆえ、本発明は、燃料電池セルの上下方向における温度分布を均一に近づけることができ、発電効率が向上した燃料電池セルスタック装置およびそれを具備する燃料電池モジュール、ならびに燃料電池装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the present invention provides a fuel cell stack device, a fuel cell module including the fuel cell stack device, and a fuel cell device having an improved power generation efficiency that can make the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell uniform. For the purpose.
本発明の燃料電池セルスタック装置は、内部にガス流路を有する柱状の燃料電池セルを、集電部材を介して複数個立設させた状態で配列して電気的に接続してなるセルスタックと、前記燃料電池セルの下端を固定するとともに前記燃料電池セルに反応ガスを供給するためのマニホールドとを有し、前記ガス流路より排出される燃料ガスを前記燃料電池セルの上端部側で燃焼させるように構成してなる燃料電池セルスタック装置であって、前記集電部材は、所定間隔を空けて設けられ隣り合う燃料電池セルと接触させるための板状をした一対の接触部と、該一対の接触部のうち一方の前記接触部の一端と他方の前記接触部の一端とを接続する接続部とを有する複数の導電片を前記燃料電池セルの長手方向に連続的に形成してなるとともに、前記集電部材の上端部の幅が下端部の幅よりも広いことを特徴とする。 The fuel cell stack device of the present invention is a cell stack in which a plurality of columnar fuel cells each having a gas flow path are arranged and electrically connected in a state of being erected via a current collecting member. And a manifold for fixing a lower end of the fuel battery cell and supplying a reaction gas to the fuel battery cell, the fuel gas discharged from the gas flow path at the upper end side of the fuel battery cell A fuel cell stack device configured to be combusted, wherein the current collecting member is provided at a predetermined interval and a pair of plate-shaped contact portions for contacting with adjacent fuel cells, and A plurality of conductive pieces having a connection portion connecting one end of the one contact portion and one end of the other contact portion of the pair of contact portions are continuously formed in the longitudinal direction of the fuel cell. And The width of the upper end portion of the conductive member is equal to or wider than the width of the lower end.
このような燃料電池セルスタック装置においては、集電部材の上端部の幅が下端部の幅よりも広いことから、燃料電池セルの上端部における熱を放熱しやすくなる。それにより、燃料電池セルの上端部の温度を下げることができ、燃料電池セルの上下方向における温度分布を均一に近づけることができることから、発電効率が向上した燃料電池セルスタック装置とすることができる。 In such a fuel cell stack device, since the width of the upper end portion of the current collecting member is wider than the width of the lower end portion, heat at the upper end portion of the fuel cell can be easily radiated. Thereby, the temperature of the upper end portion of the fuel battery cell can be lowered, and the temperature distribution in the vertical direction of the fuel battery cell can be made closer to the uniform, so that a fuel cell stack device with improved power generation efficiency can be obtained. .
また、本発明の燃料電池セルスタック装置は、前記集電部材の幅が、上端より下端に向けて漸次小さくなっていることが好ましい。 In the fuel cell stack device of the present invention, it is preferable that the current collecting member has a width that gradually decreases from the upper end toward the lower end.
このような燃料電池セルスタック装置においては、燃料電池セルの温度分布にあわせて集電部材の幅を上端より下端に向けて漸次小さくなっているように構成することで、燃料電池セルの上下方向における温度分布をより均一に近づけることができ、発電効率が向上した燃料電池セルスタック装置とすることができる。 In such a fuel cell stack device, the width of the current collecting member is gradually reduced from the upper end toward the lower end in accordance with the temperature distribution of the fuel cell, so that the vertical direction of the fuel cell Thus, the fuel cell stack device with improved power generation efficiency can be obtained.
また、本発明の燃料電池セルスタック装置は、前記接続部に放熱部材が設けられていることを特徴とする。 Moreover, the fuel cell stack device of the present invention is characterized in that a heat radiating member is provided in the connecting portion.
このような燃料電池セルスタック装置においては、集電部材の接続部に放熱部材を設けることにより、燃料電池セルの温度をより放熱することができることから、燃料電池セルの上下方向における温度分布をより均一に近づけることができ、発電効率が向上した燃料電池セルスタック装置とすることができる。 In such a fuel cell stack device, the temperature distribution of the fuel cell can be further increased because the temperature of the fuel cell can be radiated more by providing the heat radiating member at the connecting portion of the current collecting member. The fuel cell stack device can be made close to uniform and the power generation efficiency is improved.
本発明の燃料電池モジュールは、上述した燃料電池セルスタック装置を、収納容器内に収納してなることを特徴とする。 The fuel cell module of the present invention is characterized in that the above-described fuel cell stack device is housed in a housing container.
このような燃料電池モジュールにおいては、燃料電池セルの上下方向における温度分布を均一に近づけることで発電効率が向上した燃料電池セルスタック装置を収納容器内に収納してなることから、発電効率が向上した燃料電池モジュールとすることができる。 In such a fuel cell module, the fuel cell stack device, in which the power generation efficiency is improved by making the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell close to uniform, is stored in the storage container, so the power generation efficiency is improved. The fuel cell module can be obtained.
本発明の燃料電池装置は、上述した燃料電池モジュールを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする。 The fuel cell device of the present invention is characterized in that the above-described fuel cell module is housed in an outer case.
このような燃料電池装置においては、発電効率が向上した燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなることから、発電効率が向上した燃料電池装置とすることができる。 In such a fuel cell device, since the fuel cell module with improved power generation efficiency is housed in the outer case, a fuel cell device with improved power generation efficiency can be obtained.
本発明の燃料電池セルスタック装置は、燃料電池セルスタック装置を構成する構成部材である集電部材を、所定間隔を空けて設けられ隣り合う燃料電池セルと接触するための板状をした一対の接触部と、該一対の接触部のうち一方の接触部の一端と他方の接触部の一端とを接続する接続部とを有する複数の導電片を燃料電池セルの長手方向に連続的に形成するとともに、上端部の幅を下端部の幅よりも広くしたことから、燃料電池セルの上端部側における熱を放熱しやすくなることで、燃料電池セルの上端部側の温度を下げることができる。それにより燃料電池セルの上下方向における温度分布を均一に近づけることができることから、発電効率が向上した燃料電池セルスタック装置とすることができる。またそのような燃料電池セルスタック装置を収納容器内に収納してなることで、発電効率の向上した燃料電池モジュールとすることができ、さらに燃料電池モジュールを外装ケース内に収納することで、発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。 The fuel cell stack device of the present invention comprises a pair of plate-shaped current collector members, which are constituent members of the fuel cell stack device, that are provided at predetermined intervals and come into contact with adjacent fuel cells. A plurality of conductive pieces having a contact portion and a connection portion connecting one end of one contact portion and one end of the other contact portion of the pair of contact portions are continuously formed in the longitudinal direction of the fuel cell. At the same time, since the width of the upper end portion is wider than the width of the lower end portion, the heat on the upper end portion side of the fuel cell can be easily dissipated, whereby the temperature on the upper end portion side of the fuel cell can be lowered. Thereby, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell can be made closer to the uniform, so that the fuel cell stack device with improved power generation efficiency can be obtained. In addition, by storing such a fuel cell stack device in a storage container, a fuel cell module with improved power generation efficiency can be obtained, and by further storing the fuel cell module in an outer case, power generation can be achieved. The fuel cell device can be improved in efficiency.
図1は、本発明の燃料電池セルスタック装置1の一例を示したものであり、(a)は燃料電池セルスタック装置1を概略的に示す側面図、(b)は(a)の燃料電池セルスタック装置1の一部拡大平面図であり、(a)で示した点線枠で囲った部分を抜粋して示している。また、同一の部材については同一の番号を付するものとし、以下同様とする。なお、(b)において(a)で示した点線枠で囲った部分の対応する部分を明確とするため矢印にて示している。
1A and 1B show an example of a fuel
ここで、燃料電池セルスタック装置1は、一対の対向する平坦面をもつ柱状の導電性支持基板12(以下、支持基板と略す場合がある)の一方の平坦面上に燃料側電極層8、固体電解質層9および空気側電極層10を順次積層してなる柱状の燃料電池セル3の複数個を、隣接する燃料電池セル3間に集電部材4aを介装して電気的に直列に接続して燃料電池セルスタック2を形成し、燃料電池セル3の下端を燃料電池セル3に燃料ガスを供給するマニホールド7にガラスシール材等の絶縁性接合材により固定して形成されている。また燃料電池セルスタック装置1においては、下端がマニホールド7に固定され、燃料電池セル3の配列方向の両端部から端部集電部材4bを介して燃料電池セルスタック2を挟持するように配置された弾性変形可能なセルスタック支持部材5を具備している。なお、図1においては、セルスタック支持部材5のマニホールド7に固定される固定部が、燃料電池セル3の下端のマニホールド7に固定される固定部と同じ高さの場合を示している。
Here, the fuel
また、図1に示すセルスタック支持部材5は、燃料電池セル3の配列方向に沿って、外側に向けて延びた形状で、燃料電池セル3の発電により生じる電流を引き出すための電流引き出し部6が設けられている。 Further, the cell stack support member 5 shown in FIG. 1 has a shape extending toward the outside along the arrangement direction of the fuel cells 3, and a current drawing portion 6 for drawing current generated by the power generation of the fuel cells 3. Is provided.
さらに、燃料電池セル3の他方の平坦面上にはインターコネクタ11が設けられており、支持基板12の内部には、燃料電池セル3に反応ガスを流すためのガス流路13が設けられている。なお、図1に示す燃料電池セルスタック装置1においては、ガス流路13にマニホールド7より燃料ガス(水素含有ガス)を供給する場合の例を示している。
Further, an interconnector 11 is provided on the other flat surface of the fuel cell 3, and a gas flow path 13 for flowing a reaction gas to the fuel cell 3 is provided inside the support substrate 12. Yes. In the fuel
また、インターコネクタ11の外面(上面)にはP型半導体層14を設けることもできる。集電部材4aを、P型半導体層14を介してインターコネクタ11に接続させることにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくし、集電性能の低下を有効に回避することが可能となる。
A P-
また、支持基板12を燃料側電極層8を兼ねるものとし、その表面に固体電解質層9および空気側電極層10を順次積層して燃料電池セル3を構成することもできる。
Alternatively, the fuel cell 3 can be configured by using the support substrate 12 also as the fuel-
なお、燃料電池セル3としては、各種燃料電池セルが知られているが、燃料電池を小型化する上で固体酸化物形燃料電池セルとすることができる。それにより、燃料電池を小型化することができるとともに、家庭用燃料電池で求められる変動する負荷に追従する負荷追従運転を行なうことができる。 Various fuel cells are known as the fuel cell 3. However, when the fuel cell is reduced in size, it can be a solid oxide fuel cell. As a result, the fuel cell can be reduced in size, and a load following operation that follows a fluctuating load required for a household fuel cell can be performed.
また、このような燃料電池セルスタック装置1においては、マニホールド7よりガス流路13に供給される燃料ガスのうち、使用されなかった燃料ガス(余剰の燃料ガス)と酸素含有ガスとを燃料電池セル3の上端部で燃焼させることにより、燃料電池セル3の温度を上昇させることができる。それにより、燃料電池装置の起動を早めることができる。なお、図示していないが、酸素含有ガスは燃料ガスの流れにあわせて燃料電池セル3の下端側より上端側に流れるように供給することが好ましい。また詳細は後述するが、燃料電池セルスタック2の上方に、燃料電池セル3に供給する燃料ガスを生成するための改質器を配置することにより、効率よく改質反応を行なうことができる。
Further, in such a fuel
以下に、図1に示す燃料電池セルスタック装置1(燃料電池セル3等)を構成する各部材について説明する。 Below, each member which comprises the fuel cell stack apparatus 1 (fuel cell 3 grade | etc.,) Shown in FIG. 1 is demonstrated.
燃料側電極層8は、一般的に公知のものを使用することができ、多孔質の導電性セラミックス、例えば希土類元素が固溶しているZrO2(安定化ジルコニアおよび部分安定化ジルコニアを含む)とNiおよび/またはNiOとから形成することができる。
As the fuel-
固体電解質層9は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有することが必要とされ、3〜15モル%の希土類元素が固溶したZrO2から形成される。なお、上記特性を有する限りにおいては、他の材料等を用いて形成してもよい。 The solid electrolyte layer 9 has a function as an electrolyte that bridges electrons between the electrodes, and at the same time needs to have a gas barrier property in order to prevent leakage between the fuel gas and the oxygen-containing gas. , 3 to 15 mol% of rare earth elements are formed from ZrO 2 as a solid solution. In addition, as long as it has the said characteristic, you may form using another material etc.
空気側電極層10は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、ABO3として表されるペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスにより形成することができる。空気側電極層10はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が20%以上、特に30〜50%の範囲にあることが好ましい。
The air-
インターコネクタ11は、導電性セラミックスにより形成することができるが、燃料ガスおよび酸素含有ガスと接触するため、耐還元性および耐酸化性を有することが必要であり、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO3系酸化物)が好適に使用される。インターコネクタ11は支持基板12に形成されたガス流路13を流通する燃料ガス、および支持基板12の外側を流通する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、93%以上、特に95%以上の相対密度を有していることが好ましい。 The interconnector 11 can be formed of conductive ceramics, but is required to have reduction resistance and oxidation resistance because of contact with the fuel gas and the oxygen-containing gas. The lanthanum chromite perovskite oxide (LaCrO 3 oxide) is preferably used. The interconnector 11 must be dense in order to prevent leakage of fuel gas flowing through the gas flow path 13 formed in the support substrate 12 and oxygen-containing gas flowing outside the support substrate 12, and 93% As described above, it is particularly preferable to have a relative density of 95% or more.
支持基板12としては、燃料ガスを燃料側電極層8まで透過するためにガス透過性であること、さらには、インターコネクタ12を介して集電するために導電性であることが要求される。したがって、支持基板12としては、かかる要求を満足するものを材質として採用する必要があり、例えば導電性セラミックスやサーメット等を用いることができる。
The support substrate 12 is required to be gas permeable in order to permeate the fuel gas up to the fuel
また図1に示した燃料電池セル3において、柱状(中空平板状)の支持基板12は、立設方向に細長く延びる板状片であり、平坦な両面と半円形状の両側面を有する。そして燃料電池セル3の下端とセルスタック支持部材5の下端とが、燃料電池セル3に反応ガス(燃料ガス)を供給するマニホールド7に接合材で固定され、支持基板12に設けられたガス流路13は、マニホールド7の燃料ガス室(図示せず)に連通せしめられる。なお、以降の説明において、中空平板状の燃料電池セル3を用いて説明する。 Further, in the fuel cell 3 shown in FIG. 1, the columnar (hollow flat plate) support substrate 12 is a plate-like piece that is elongated in the standing direction, and has both flat and semicircular sides. The lower end of the fuel cell 3 and the lower end of the cell stack support member 5 are fixed to the manifold 7 for supplying the reaction gas (fuel gas) to the fuel cell 3 with a bonding material, and the gas flow provided on the support substrate 12 The passage 13 is communicated with a fuel gas chamber (not shown) of the manifold 7. In the following description, a description will be given using a hollow flat fuel cell 3.
ちなみに、燃料電池セル3を作製するにあたり、燃料側電極層8または固体電解質層9との同時焼成により支持基板12を作製する場合においては、鉄属金属成分(例えば、NiやNiO等)と特定希土類酸化物(支持基板12の熱膨張係数を固体電解質9の熱膨張係数に近づけるために使用される希土類の酸化物、例えばY2O3やYb2O3等。)とから支持基板12を形成することが好ましい。また、支持基板12は、所要ガス透過性を備えるために開気孔率が30%以上、特に35〜50%の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は300S/cm以上、特に440S/cm以上であるのが好ましい。
Incidentally, when the fuel cell 3 is manufactured, when the support substrate 12 is manufactured by co-firing with the fuel
さらに、P型半導体層14としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなる層を例示することができる。具体的には、インターコネクタ11を構成するランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO3系酸化物)よりも電子伝導性が大きいもの、例えば、BサイトにMn、Fe、Coなどが存在するLaMnO3系酸化物、LaFeO3系酸化物、LaCoO3系酸化物などの少なくとも一種からなるP型半導体セラミックスを使用することができる。このようなP型半導体層14の厚みは、一般に、30〜100μmの範囲にあることが好ましい。
Furthermore, examples of the P-
上記のような構成にて形成される燃料電池セルスタック装置1において、燃料電池セル3の上端部で余剰の燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させる場合において、燃料電池セル3の上端部の温度が高温となり、燃料電池セル3の上下方向における温度分布が不均一なものとなるおそれがある。
In the fuel
さらに、本実施形態では、燃料電池セル3に供給する酸素含有ガスを、燃料電池セル3の下端部側に供給することが好ましく、この場合、燃料電池セル3の下端部側の温度が低くなる。それゆえ、燃料電池セル3の上下方向における温度分布がさらに不均一なものとなるおそれがある。 Furthermore, in this embodiment, it is preferable to supply the oxygen-containing gas supplied to the fuel cell 3 to the lower end side of the fuel cell 3, and in this case, the temperature on the lower end side of the fuel cell 3 is lowered. . Therefore, there is a possibility that the temperature distribution in the vertical direction of the fuel battery cell 3 becomes more uneven.
ここで、燃料電池セル2の上下方向における温度分布が不均一となった場合に、燃料電池セルの発電効率が低下するおそれがあった。
Here, when the temperature distribution in the vertical direction of the
図2および図3は、本発明の燃料電池セルスタック装置1にて、隣り合う燃料電池セル3の間に配置される集電部材4aの一例を示したものであり、図2は正面図であり、図3は一部を抜粋して示す斜視図である。
2 and 3 show an example of a
ここで、図2および図3に示した集電部材15は、一対の接触部16と、一方の接触部26の一端と他方の接触部16の一端とを接続する接続部17とを有する複数の導電片を燃料電池セル3の長手方向に連続的に形成してなる。
Here, the current collecting
より具体的には、隣接する一方の燃料電池セル3の平坦面に当接する一方の接触部16と、隣接する一方の燃料電池セル3の端部から隣接する他方の燃料電池セル3の他方の端部へと傾斜して延びる導電体片19と、他方の燃料電池セル3の平坦面に当接する他方の接触部16と、他方の燃料電池セル3の一方の端部から一方の燃料電池セル3の他方の端部へと傾斜して延びる導電体片19とを基本要素として具備する。すなわち、一方の接触部16の一端と他方の接触部16の一端とは、導電体片19を介して接続部17により接続されている。なお、この構成により一対の接触部16は所定間隔を空けて設けられることとなる。そしてこの基本要素である導電体片を燃料電池セル3の長手方向に沿って連続的に形成することにより、燃料電池セル3の長手方向に延在する一繋がりの集電部材15を形成している。
More specifically, one
なお、接触部16の幅は、燃料電池セル3の発電により生じる電流を効果的に集電すべく、空気側電極層10もしくはインターコネクタ11の幅と同じ長さとすることが好ましい。また集電部材15の長さは、燃料電池セル3の長手方向における長さと同じ長さとすることが好ましい。
The width of the
ここで、図2における集電部材19においては、燃料電池セル3の幅方向に沿って上端部の接続部17の長さが下端部の接続部17の長さよりも長い形状となっており、上端部の接続部17が燃料電池セル3より突出した状態となるように形成してある(図1(b)参照、以降この突出した領域を突出部という場合がある。)。
Here, in the current collecting
それにより、集電部材15の上端部の接続部17(突出部18)がフィンの役割を果たすこととなり、燃料電池セル3の上端部の熱を放熱し、燃料電池セル3の上端部の温度を下げることができる。それにより、燃料電池セル3の上下方向における温度分布を均一に近づけることができ、燃料電池セルスタック装置1の発電効率を向上することができる。
As a result, the connecting portion 17 (projecting portion 18) at the upper end of the current collecting
なお、集電部材15の幅は、燃料電池セル3の上下方向における温度分布に従って、適宜設定することができるが、燃料電池セル3の長手方向中央部(その近傍も含み、以降中央部という場合には同意である。)もまた温度が高温となりやすいため、上端部から中央部(燃料電池セル3の中央部に対応する部位)における幅を、下端部の幅よりも広くすることが好ましい。なお、下端部の接続部17の幅は、燃料電池セル3の幅と同程度の幅とすることが好ましい。それにより、燃料電池セル3の上下方向における温度分布をより均一に近づけることができる。なお、この突出部18の長さは、燃料電池セル3の温度分布に従って適宜設定することができる。
The width of the current collecting
また、図1に示す端部集電部材4bについても、上述したのと同様な形状とすることができ、集電部材4aと同じものを用いることもできる。
Also, the end current collecting
なお、集電部材4aとしては、弾性を有するとともに、耐熱性の合金等により形成されることが好ましく、例えば、Crを10〜30重量%含む合金や、Fe−Ni系の合金等を用いることができる。さらに、Crを含有する集電部材においては、Crの拡散を防止するためのCr拡散防止膜を設けておくことが好ましい。
The
図4は、本発明の燃料電池セルスタック装置1にて、隣り合う燃料電池セル3の間に配置される集電部材4aの他の一例を示したものであり、(a)は正面図、(b)は平面図を示している。
FIG. 4 shows another example of the current collecting
ここで、図4に示した集電部材20は、所定間隔を空けて設けられ隣り合う燃料電池セル3と接触するための板状をした一対の接触部21と、一対の接触部21のうち一方の接触部21の一端と他方の接触部21の一端とを接続する接続部22とを有する複数の導電片を燃料電池セル3の長手方向に連続的に形成されている。それにより、燃料電池セル3の長手方向に延在する一繋がりの集電部材20を形成している。なお、接触部21の幅は、燃料電池セル3の発電により生じる電流を効果的に集電すべく、空気側電極層10もしくはインターコネクタ11の幅と同じ長さとすることが好ましい。また、集電部材20の長さは、燃料電池セル3の長手方向における長さと同じとすることが好ましい。
Here, the current collecting
ここで、図4における集電部材20においては、長手方向中央より上端部の幅が下端部の幅よりも広く形成されており、図4においては接続部22の一部を燃料電池セル3の側面より突出した状態となるように形成してある。
Here, in the current collecting
それにより、この突出部23がフィンの役割を果たすこととなり、燃料電池セル3の上端部の熱を放熱し、燃料電池セル3の上端部の温度を下げることができる。それにより、燃料電池セル3の上下方向における温度分布を均一に近づけることができ、燃料電池セルスタック装置1の発電効率を向上することができる。
As a result, the projecting
なお、集電部材20の幅は、燃料電池セル3の上下方向における温度分布に従って、適宜設定することができるが、燃料電池セル3の中央部もまた温度が高温となりやすいため、上端部から中央部(燃料電池セル3の中央部に対応する部位)における幅を、下端部の幅よりも広くすることが好ましい。なお、下端部の接続部22の幅は、燃料電池セル3の幅と同程度の幅とすることが好ましい。
Note that the width of the current collecting
それにより、燃料電池セル3の温度分布を、より均一に近づけることができる。なお、この突出部18の長さは、燃料電池セル3の温度分布に従って適宜設定することができる。
Thereby, the temperature distribution of the fuel cell 3 can be made more uniform. Note that the length of the protruding
図5は図2で示した集電部材15の他の一例を示したものであり、図6は図4で示した集電部材20の他の一例を示したものである。なお、図5で示す集電部材24および図6で示す集電部材28は、それぞれ集電部材24および集電部材28の幅が、上端より下端に向けて漸次小さくなっている形状を示している。すなわち、燃料電池セル3の長手方向の上端より下端に向けて漸次小さくなっている形状である。なお、接触部25および接触部29の幅は燃料電池セル3の発電により生じる電流を効果的に集電すべく、空気側電極層10もしくはインターコネクタ11の幅と同じ長さとすることが好ましい。また、集電部材24および集電部材28の長さは、燃料電池セル3の長手方向における長さと同じ長さとすることが好ましい。
FIG. 5 shows another example of the current collecting
ここで、燃料電池セル3の温度分布は、燃料電池セル3の上端側から下端側に向けて温度が低くなるため、集電部材の幅は、その温度勾配にあわせて適宜変更することが好ましい。 Here, since the temperature distribution of the fuel cell 3 decreases from the upper end side to the lower end side of the fuel cell 3, it is preferable that the width of the current collecting member is appropriately changed according to the temperature gradient. .
それゆえ、図5で示す集電部材24および図6で示す集電部材28においては、上端から下端に向けて漸次集電部材の幅を小さくすることにより、燃料電池セル3より放熱される熱も勾配を持って放熱されることとなる。それにより、燃料電池セル3の上下方向における温度分布を均一に近づけることができる。
Therefore, in the current collecting
なお、上述したような集電部材のほか、例えば所定間隔を空けて設けた接触部の一端部のみを接続部にて接続する形状を基本要素として連続的に形成してなる櫛歯状の集電部材等においても、上述したような構造を採用することにより、燃料電池セル3の上下方向における温度分布を均一に近づけることができる。 In addition to the current collecting member as described above, for example, a comb-shaped current collector formed by continuously forming, as a basic element, a shape in which, for example, only one end of a contact portion provided at a predetermined interval is connected at a connection portion. Also in the electric member or the like, by adopting the above-described structure, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell 3 can be made closer to the uniform.
また燃料電池セル3の上端部の温度と下端部との温度差が大きい場合には、さらに燃料電池セル3の上端部の温度を下げるべく、接続部に放熱部材を設けることもできる。図7はそのような放熱部材を設けた集電部材の一例を示している。 Further, when the temperature difference between the upper end portion and the lower end portion of the fuel cell 3 is large, a heat radiating member can be provided at the connection portion in order to further reduce the temperature of the upper end portion of the fuel cell 3. FIG. 7 shows an example of a current collecting member provided with such a heat radiating member.
図7においては、接続部17(突出部18)に放熱部材の一例であるフィン32を設けた状態の側面図を示している。それにより、接続部18の比表面積を増加することができ、接続部18における放熱効果をさらに向上することができる。それにより、燃料電池セル3の上下方向における温度分布を均一に近づけることができる。
In FIG. 7, the side view of the state which provided the
なお、フィン32の形状については特に限定するものではなく、図7に示したように、接続部18より突出して折れ曲がる形状のフィン32でもよく、このようなフィン32は接続部17(突出部18)の一部を切り欠いて折り曲げて形成したものや、突出部18の表面に特定の部材を接続することにより形成しても構わない(例えば、片面ディンプル型や両面ディンプル型など)。またこれ以外に、例えば、突出部18の一部を切り欠くことや、突出部18に貫通孔を設けることにより比表面積を増加させて放熱性を高めてもかまわない。ただし、このフィン32は、隣接する集電部材のフィン32や燃料電池セル3と接触しないように形成することが好ましい。
The shape of the
そして上述したような燃料電池セルスタック装置1を収納容器内に収納することで、本発明の燃料電池モジュールとすることができ、図8は本発明の燃料電池モジュールの一例を示した外観斜視図である。
The fuel
図8においては、燃料電池モジュール33は、直方体状の収納容器34の内部に、内部をガスが流通するガス流路を有する燃料電池セル35を立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル35間に集電部材(図示せず)を介して電気的に直列に接続して燃料電池セルスタック37を構成するとともに、燃料電池セル35の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材(図示せず)でマニホールド36に固定してなる燃料電池セルスタック装置40を収納して構成されている。
In FIG. 8, the
また、燃料電池セル35にて使用する水素含有ガスを得るために、天然ガスや灯油等の燃料を改質して燃料ガス(水素含有ガス)を生成するための改質器38を燃料電池セルスタック37の上方に配置している。そして、改質器38で生成された燃料ガスは、ガス流通管39によりマニホールド36に供給され、マニホールド36を介して燃料電池セル35の内部に設けられたガス流路に供給される。
Further, in order to obtain a hydrogen-containing gas used in the
なお、図8においては、収納容器34の一部(前後面)を取り外し、内部に収納されている燃料電池セルスタック装置40および改質器38を後方に取り出した状態を示している。ここで、図8に示した燃料電池モジュール33においては、燃料電池セルスタック装置40を、収納容器34内にスライドして収納することが可能である。なお、燃料電池セルスタック装置40は、改質器38を含むものとしてもよい。
FIG. 8 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the
また収納容器34の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材41は、図8においてはマニホールド36に並置された燃料電池セルスタック37の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが燃料ガスの流れにあわせて、燃料電池セル35の下端側より上端側に向けて流れるように、燃料電池セル35の下端側に酸素含有ガスを供給する。そして、燃料電池セル35より排出される余剰の燃料ガスと酸素含有ガスとを燃料電池セル35の上端部で燃焼させることにより、燃料電池セル35の温度を上昇させることができ、燃料電池装置の起動を早めることができる。また、燃料電池セル35の上端部にて、余剰の酸素含有ガスと酸素含有ガスとを燃焼させることにより、燃料電池セル35(燃料電池セルスタック37)の上部に配置された改質器38を温めることができる。それにより、改質器38で効率よく改質反応を行なうことができる。ただし、この場合においては上述したように燃料電池セル3の上下方向における温度分布が不均一となる場合があるため、本発明の燃料電池セルスタック装置の構成を採用することにより発電効率を向上させることができる。
Further, in FIG. 8, the oxygen-containing
なお、図8においては図示していないが、燃料電池セル35を上述した集電部材を介して電気的に接続することにより、燃料電池セル35の上下方向における温度分布を均一に近づけることができ、発電効率の向上した燃料電池モジュール33とすることができる。
Although not shown in FIG. 8, the temperature distribution in the vertical direction of the
また、この燃料電池モジュール33および燃料電池セル35を動作させるために必要な補機(制御装置や改質器38で水蒸気改質を行うにあたって必要な装置類等)を収納することにより、本発明の燃料電池装置が構成される。それゆえ、本発明の燃料電池セルスタック装置40を収納してなる燃料電池モジュール33を外装ケース内に収納することから、発電効率が向上した燃料電池装置とすることができる。
In addition, by storing auxiliary equipment necessary for operating the
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。 Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、本発明の燃料電池セルスタック装置1において、集電部材の幅を、燃料電池セルの配列方向における温度分布にあわせて適宜変更する(例えば、燃料電池セルの配列方向における中央部に配置される集電部材の特定の高さにおける幅を、燃料電池セルの配列方向における端部側に配置される集電部材の特定の高さにおける幅よりも広くする)ことにより、燃料電池セルスタックにおける燃料電池セルの配列方向の温度分布を均一に近づけることもできる。
For example, in the fuel
1:燃料電池セルスタック装置
2:燃料電池セルスタック
3:燃料電池セル
4a、15、20、24、28:集電部材
4b:端部集電部材
5:燃料電池セルスタック支持部材
6:電流引き出し部
7:マニホールド
16、21、25、29:接触部
17、22、26、30:接続部
18、23、27、31:突出部
33:燃料電池モジュール
1: Fuel cell stack device 2: Fuel cell stack 3:
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007331633A JP5207729B2 (en) | 2007-12-25 | 2007-12-25 | Fuel cell stack device, fuel cell module and fuel cell device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007331633A JP5207729B2 (en) | 2007-12-25 | 2007-12-25 | Fuel cell stack device, fuel cell module and fuel cell device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009158123A true JP2009158123A (en) | 2009-07-16 |
JP5207729B2 JP5207729B2 (en) | 2013-06-12 |
Family
ID=40961936
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007331633A Expired - Fee Related JP5207729B2 (en) | 2007-12-25 | 2007-12-25 | Fuel cell stack device, fuel cell module and fuel cell device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5207729B2 (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009231168A (en) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Kyocera Corp | Cell stack and fuel battery module |
JP2010080266A (en) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Kyocera Corp | Fuel battery cell stack device, and fuel cell module equipped with the same, and fuel cell device |
JP2011029112A (en) * | 2009-07-29 | 2011-02-10 | Kyocera Corp | Cell stack device of fuel cell, fuel cell module, and fuel cell device |
JP2011175854A (en) * | 2010-02-24 | 2011-09-08 | Kyocera Corp | Cell stack unit, fuel battery module, and fuel battery device |
JP2011210411A (en) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Kyocera Corp | Cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device |
JP2013030321A (en) * | 2011-07-27 | 2013-02-07 | Kyocera Corp | Cell stack and fuel battery module |
JP2015088320A (en) * | 2013-10-30 | 2015-05-07 | 京セラ株式会社 | Cell stack device, module and module housing device |
WO2023200016A1 (en) * | 2022-04-15 | 2023-10-19 | 京セラ株式会社 | Electroconductive member, electrochemical cell device, module, and module accommodation device |
WO2024106477A1 (en) * | 2022-11-15 | 2024-05-23 | 京セラ株式会社 | Electrochemical cell device, module, and module accommodating device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006100091A (en) * | 2004-09-29 | 2006-04-13 | Kyocera Corp | Fuel cell stack and fuel cell |
JP2006210056A (en) * | 2005-01-26 | 2006-08-10 | Kyocera Corp | End part current collector member and fuel battery cell stack using this, fuel cell |
JP2007227125A (en) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Kyocera Corp | Fuel cell stack and current collector |
JP2007250281A (en) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Kyocera Corp | Fuel cell stack device, fuel cell stack connecting device, and fuel cell |
-
2007
- 2007-12-25 JP JP2007331633A patent/JP5207729B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006100091A (en) * | 2004-09-29 | 2006-04-13 | Kyocera Corp | Fuel cell stack and fuel cell |
JP2006210056A (en) * | 2005-01-26 | 2006-08-10 | Kyocera Corp | End part current collector member and fuel battery cell stack using this, fuel cell |
JP2007227125A (en) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Kyocera Corp | Fuel cell stack and current collector |
JP2007250281A (en) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Kyocera Corp | Fuel cell stack device, fuel cell stack connecting device, and fuel cell |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009231168A (en) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Kyocera Corp | Cell stack and fuel battery module |
JP2010080266A (en) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Kyocera Corp | Fuel battery cell stack device, and fuel cell module equipped with the same, and fuel cell device |
JP2011029112A (en) * | 2009-07-29 | 2011-02-10 | Kyocera Corp | Cell stack device of fuel cell, fuel cell module, and fuel cell device |
JP2011175854A (en) * | 2010-02-24 | 2011-09-08 | Kyocera Corp | Cell stack unit, fuel battery module, and fuel battery device |
JP2011210411A (en) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Kyocera Corp | Cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device |
JP2013030321A (en) * | 2011-07-27 | 2013-02-07 | Kyocera Corp | Cell stack and fuel battery module |
JP2015088320A (en) * | 2013-10-30 | 2015-05-07 | 京セラ株式会社 | Cell stack device, module and module housing device |
WO2023200016A1 (en) * | 2022-04-15 | 2023-10-19 | 京セラ株式会社 | Electroconductive member, electrochemical cell device, module, and module accommodation device |
WO2024106477A1 (en) * | 2022-11-15 | 2024-05-23 | 京セラ株式会社 | Electrochemical cell device, module, and module accommodating device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5207729B2 (en) | 2013-06-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5207729B2 (en) | Fuel cell stack device, fuel cell module and fuel cell device | |
JP5111036B2 (en) | Fuel cell stack and fuel cell | |
WO2008041593A1 (en) | Fuel battery cell stack and fuel battery | |
JP5429748B2 (en) | Fuel cell module | |
KR102046842B1 (en) | Fuel Cell Modules and Fuel Cell Devices | |
JP5254588B2 (en) | Solid oxide fuel cell module | |
JP5319460B2 (en) | Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device | |
JP2010129270A (en) | Fuel battery cell stack device, fuel battery module, and fuel battery device | |
JP6259128B2 (en) | Module and module storage device | |
JP5289009B2 (en) | Fuel cell stack device, fuel cell module and fuel cell device | |
JP5241430B2 (en) | Fuel cell stack device, fuel cell module and fuel cell device | |
JP2011233342A (en) | Cell stack device | |
JP2011210411A (en) | Cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device | |
JP4814497B2 (en) | Fuel cell | |
JP5334731B2 (en) | Fuel cell stack device, fuel cell module and fuel cell device | |
JP5188227B2 (en) | Cell stack and fuel cell module | |
JP5769669B2 (en) | Cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device | |
JP2011175854A (en) | Cell stack unit, fuel battery module, and fuel battery device | |
JP5164630B2 (en) | Cell stack and fuel cell module | |
JP2010108687A (en) | Current collecting member, cell stack device including the same, fuel cell module and fuel cell device | |
JP2010080266A (en) | Fuel battery cell stack device, and fuel cell module equipped with the same, and fuel cell device | |
JP6117690B2 (en) | Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device | |
JP2011113828A (en) | Cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device | |
JP2010231919A (en) | Fuel cell module and fuel cell device | |
JP2012014864A (en) | Cell stack device, fuel battery module and fuel battery device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100715 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121120 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121121 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121219 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130122 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130219 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160301 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5207729 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |