JP5717573B2 - Cell stack and fuel cell module - Google Patents
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Description
本発明は、複数の燃料電池セルを集電部材を用いて電気的に接続してなるセルスタックおよび燃料電池モジュールに関する。 The present invention relates to a cell stack and a fuel cell module in which a plurality of fuel cells are electrically connected using a current collecting member.
近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス(水素含有ガス)と酸素含有ガス(空気等)とを用いて600℃〜1000℃の高温下で発電する固体酸化物形の燃料電池セルが知られている。複数の燃料電池セルは、集電部材を介して電気的に直列に接続してセルスタックが構成されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, as a next-generation energy, a solid oxide fuel cell that generates power at a high temperature of 600 ° C. to 1000 ° C. using a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air, etc.) is known. . A plurality of fuel cells are electrically connected in series via a current collecting member to form a cell stack (see, for example, Patent Document 1).
従来、燃料電池セルの上下方向における温度分布をなくすために、集電部材の上端部の幅を下端部の幅よりも広くしたセルスタックが知られている(例えば、特許文献2参照)。 Conventionally, in order to eliminate the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell, a cell stack is known in which the width of the upper end of the current collecting member is wider than the width of the lower end (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1、2では、上下の集電部材を同一材料で形成していたため、耐熱性も同じであり、例えば、特許文献2に記載されているように、上端部の幅を下端部の幅よりも広くした集電部材を用いた場合には、幅の広い部分からの放熱を向上できるものの、集電部材の耐熱性が同じであるため、下端部の集電部材よりも、高温となる上端部における集電部材の導電性が経時的に劣化し易いという問題があった。これにより、上端部における集電特性が低下し、上下の集電部材の集電特性にアンバランスが生じ、セルスタック全体としての発電性能が経時的に低下するという問題があった。 However, in Patent Documents 1 and 2, since the upper and lower current collecting members are formed of the same material, the heat resistance is also the same. For example, as described in Patent Document 2, the width of the upper end part is set to the lower end part. When using a current collecting member wider than the width of the current collector, heat dissipation from a wide portion can be improved, but the heat resistance of the current collecting member is the same. There is a problem that the electrical conductivity of the current collecting member at the upper end becomes easily deteriorated with time. As a result, the current collection characteristics at the upper end portion are reduced, the current collection characteristics of the upper and lower current collection members are unbalanced, and there is a problem that the power generation performance of the entire cell stack is deteriorated over time.
本発明は、発電性能を高く維持できるセルスタックおよび燃料電池モジュールを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the cell stack and fuel cell module which can maintain high electric power generation performance.
本発明のセルスタックは、列状に配列した複数の燃料電池セルと、該複数の燃料電池セル間にそれぞれ配置され隣接する前記燃料電池セル同士を電気的に接続する集電部材とを具備するとともに、該集電部材が、第1集電部材と、該第1集電部材よりも耐熱性が高い第2集電部材とを具備しており、前記燃料電池セルは長尺状であり、前記燃料電池セルの内部に、かつ該燃料電池セルの長さ方向にガス通路が形成されており、該ガス通路のガス流れ方向に、前記第1集電部材と前記第2集電部材とがこの順で配置されており、前記集電部材の表面に耐酸化性のコーティング膜が設けられており、前記第2集電部材のコーティング膜の厚みは、前記第1集電部材のコーティング膜の厚みよりも厚いことを特徴とする。
本発明のセルスタックは、列状に配列した複数の燃料電池セルと、該複数の燃料電池セル間にそれぞれ配置され隣接する前記燃料電池セル同士を電気的に接続する集電部材とを具備するとともに、該集電部材が、第1集電部材と、該第1集電部材よりも耐熱性が高い第2集電部材とを具備しており、前記燃料電池セルは長尺状であり、前記燃料電池セルの内部に、かつ該燃料電池セルの長さ方向にガス通路が形成されており、該ガス通路のガス流れ方向に、前記第1集電部材と前記第2集電部材とがこの順で配置されており、前記集電部材はCrを含有しており、前記第2集電部材は、前記第1集電部材よりもCrの含有比率が高いことを特徴とする。
The cell stack of the present invention includes a plurality of fuel cells arranged in a row, and a current collecting member that is disposed between the plurality of fuel cells and electrically connects the adjacent fuel cells. In addition, the current collecting member includes a first current collecting member and a second current collecting member having higher heat resistance than the first current collecting member, and the fuel cell is long. A gas passage is formed inside the fuel cell and in the length direction of the fuel cell, and the first current collecting member and the second current collecting member are arranged in the gas flow direction of the gas passage. Arranged in this order, an oxidation-resistant coating film is provided on the surface of the current collecting member, and the thickness of the coating film of the second current collecting member is the same as that of the coating film of the first current collecting member. It is characterized by being thicker than the thickness .
The cell stack of the present invention includes a plurality of fuel cells arranged in a row, and a current collecting member that is disposed between the plurality of fuel cells and electrically connects the adjacent fuel cells. In addition, the current collecting member includes a first current collecting member and a second current collecting member having higher heat resistance than the first current collecting member, and the fuel cell is long. A gas passage is formed inside the fuel cell and in the length direction of the fuel cell, and the first current collecting member and the second current collecting member are arranged in the gas flow direction of the gas passage. Arranged in this order, the current collecting member contains Cr, and the second current collecting member has a Cr content ratio higher than that of the first current collecting member.
本発明の燃料電池モジュールは、上記セルスタックを収納容器内に収納してなるものである。 The fuel cell module of the present invention is obtained by storing the cell stack in a storage container.
本発明のセルスタックによれば、集電部材が、第1集電部材と、該第1集電部材よりも耐熱性が高い第2集電部材とを有するため、例えば、燃料電池セルは長尺状であり、燃料電池セルの内部に、かつ該燃料電池セルの長さ方向にガス通路が形成されており、該ガス通路のガス流れ方向に、第1集電部材と第2集電部材とをこの順で配置することにより、燃料電池セルの長さ方向に温度分布が生じた場合でも、経時的に、燃料電池セルの長さ方
向に配置された第1集電部材と第2集電部材との集電特性にアンバランスが生じることを抑制できる。
According to the cell stack of the present invention, since the current collecting member includes the first current collecting member and the second current collecting member having higher heat resistance than the first current collecting member, for example, the fuel cell is long. A gas passage is formed in the fuel cell and in the length direction of the fuel cell, and the first current collecting member and the second current collecting member are arranged in the gas flow direction of the gas passage. Are arranged in this order, even if a temperature distribution occurs in the length direction of the fuel cell, the first current collecting member and the second current collector arranged in the length direction of the fuel cell over time. It can suppress that an imbalance arises in the current collection characteristic with an electric member.
セルスタック12を具備する燃料電池セルスタック装置11(以下、セルスタック装置11という場合がある)について図1を用いて説明する。なお、図1〜9において、理解を容易にするために、厚み、長さ、幅等を拡大縮小して示している場合がある。
A fuel cell cell stack device 11 (hereinafter also referred to as a cell stack device 11) having a
セルスタック装置11は、一対の対向する主面を有し、全体的に見て長尺板状の導電性支持体17の一方の主面上に、内側電極層である燃料極18と、固体電解質19と、外側電極層である酸素極20とをこの順に積層してなる発電部を備える、固体酸化物形の燃料電池セル13を有している。導電性支持体17の内部には、複数のガス流路22が長さ方向に貫通して形成されている。ガス流路22を流れるガスの流れを図2(b)に矢印で示す。
The
燃料電池セル13(中空平板型)は、導電性支持体17の他方側の主面にインターコネクタ21を積層してなる長い柱状であり、これらの燃料電池セル13の複数個を1列に配列し、隣接する燃料電池セル13間に集電部材14を配置し、燃料電池セル13同士を電気的に直列に接続してセルスタック12が構成されている。
The fuel cell 13 (hollow flat plate type) has a long columnar shape in which an
燃料電池セル13と集電部材14とは導電性接合材23を介して接合されており、それにより、複数個の燃料電池セル13を集電部材14を介して電気的および機械的に接合して、セルスタック12を構成している。
The
導電性支持体17は、図2に示されている形状から理解されるように、互いに平行な一対の平坦面nと、一対の平坦面nをそれぞれ接続する弧状面(側面)mとで構成されている。平坦面nの両面は互いにほぼ平行に形成されており、一方の平坦面n(下面)と両側の弧状面mを覆うように多孔質な燃料極18が設けられており、さらに、この燃料極18を覆うように、緻密質な固体電解質19が積層されている。また、固体電解質19の上には、燃料極18と対面するように、多孔質な酸素極20が積層されている。
As understood from the shape shown in FIG. 2, the
言い換えると、燃料極18および固体電解質19は、導電性支持体17の両端の弧状面mを経由して他方の平坦面n(上面)まで形成されており、固体電解質19の両端部にインターコネクタ21の両端部が接合され、固体電解質19とインターコネクタ21とで導電性支持体17を取り囲み、内部を流通する燃料ガスが外部に漏出しないように構成されている。
In other words, the
そして、セルスタック12を構成する各燃料電池セル13の下端部が、ガスタンク16に、ガラス等のシール材(図示せず)により固定され、セルスタック装置11が構成されており、燃料ガスは、燃料電池セル13の内部に設けられたガス流路22を介して燃料極18に供給される。
And the lower end part of each
図1に示すセルスタック装置11においては、燃料電池セル13のガス流路22の内部を燃料ガスとして水素含有ガスが流れるとともに、燃料電池セル13の間に配置された集電部材14の内側を酸素含有ガス(空気)が流れる構成となる。それにより、燃料極18にガスタンク16から燃料ガスが供給され、酸素極20に集電部材14の内側を通じて酸素含有ガスが供給されることで、燃料電池セル13の発電が行なわれる。
In the
セルスタック装置11は、燃料電池セル13の配列方向xの両端から、セルスタック12を挟持するように、ガスタンク16に下端部が固定された弾性変形可能な導電部材15を具備している。ここで、図1に示す導電部材15は、平板部15aと、燃料電池セル13の配列方向xに沿って外側に向けて延びた形状で、セルスタック12(燃料電池セル13)の発電により生じる電流を引出すための電流引出部15bとを有している。
The
以下に、燃料電池セル13を構成する各部材について説明する。燃料極18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(安定化ジルコニアと称する)とNiおよび/またはNiOとから形成することができる。
Below, each member which comprises the
固体電解質19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、ランタンガレート等の他の材料等を用いて形成してもよい。
The
酸素極20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、いわゆるABO3型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成することができる。酸素極20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%の範囲とすることができる。酸素極20として、例えば、BサイトにMn、Fe、Coなどが存在するランタンマンガナイト(LaSrMnO3)、ランタンフェライト(LaSrFeO3)、ランタンコバルタイト(LaSrCoO3)などを用いることができる。
The
インターコネクタ21は、導電性セラミックスから形成することができるが、燃料ガス(水素含有ガス)および酸素含有ガス(空気等)と接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、それゆえランタンクロマイト(LaCrO3)を使用することができる。インターコネクタ21は、導電性支持体17に形成された複数のガス流路22を流通する燃料ガス、および導電性支持体17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%以上の相対密度であることが好ましい。
Although the
導電性支持体17としては、燃料ガスを燃料極18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21を介して集電するために導電性であることが必要とされる。したがって、導電性支持体17としては、かかる要求を満足する材質を用いる必要があり、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
なお、燃料電池セル13を作製するにあたり、燃料極18または固体電解質19との同時焼成により導電性支持体17を作製する場合においては、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから導電性支持体17を形成することができる。また、導電性支持体17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50S/cm以上、さらには300S/cm以上、440S/cm以上にしてもよい。燃料電池セル13は、導電性支持体17を用いることなく、燃料極18を支持体としての機能を併せ持つようにすることも可能である。
In the production of the
さらに、P型半導体層(図示せず)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21を構成するランタンクロマイト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などが存在するランタンマンガナイト(LaSrMnO3)、ランタンフェライト(LaSrFeO3)、ランタンコバルタイト(LaSrCoO3)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型半導体層の厚みは、一般に、30〜100μmの範囲とすることが好ましい。
Furthermore, as a P-type semiconductor layer (not shown), a layer made of a transition metal perovskite oxide can be exemplified. Specifically, those having higher electronic conductivity than lanthanum chromite constituting the
導電性接合材23は、燃料電池セル13と集電部材14とを接合するために設けられており、導電性セラミックス等を用いて形成することができる。導電性セラミックスとしては、酸素極20を形成するものと同様のものを用いることができる。
The
具体的には、LaSrCoFeO3、LaSrMnO3、LaSrCoO3等を用いることができる。これらの材料を単一の材料を用いて作製してもよく、2種以上組み合わせて導電性接合材23を作製してもよい。
Specifically, LaSrCoFeO 3 , LaSrMnO 3 , LaSrCoO 3 or the like can be used. These materials may be manufactured using a single material, or the
次に、集電部材14について図3を用いて説明する。集電部材14は、隣接する一方の燃料電池セル13と接合される複数の板状の第1セル対面部14a1と、燃料電池セルから離れるように第1セル対面部14a1の両側から延びた板状の第1離間部14a2と、隣接する他方の燃料電池セル13と接合される複数の板状の第2セル対面部14b1と、燃料電池セルから離れるように第2セル対面部14b1の両側から延びた板状の第2離間部14b2とを有している。
Next, the current collecting
さらに、複数の第1離間部14a2および複数の第2離間部14b2の一端同士を連結する第1連結部14cと、複数の第1離間部14a2および複数の第2離間部14b2の他端同士を連結する第2連結部14dとを一組のユニットとし、これらのユニットの複数組が、燃料電池セル13の長さ方向に導電性連結片14eにより連結されて構成されている。第1セル対面部14a1および第2セル対面部14b1は、図4に示すように、燃料電池セル13に接合される部位であり、これらの部位が燃料電池セル13の発電電力を出入する部分となっている。
Further, the
すなわち、燃料電池セル13と、集電部材14の第1セル対面部14a1、14b1とが導電性接合材23で接合されている。言い換えると、複数の燃料電池セル13が平坦部を有し、該平坦部に、インターコネクタ21を有しており、該インターコネクタ21に第1セル対面部14a1が対面しており、これらの間を導電性接合材23で接合されている。なお、図4(b)は、図4(a)におけるC−C線に沿った縦断面図である。
That is, the
燃料電池セル13において、上述したように、固体電解質19を介して燃料極18と、酸素極20とが対向する部位が発電する部位となる。それゆえ、燃料電池セル13の発電部で発電された電流を効率よく集電するにあたり、集電部材14の燃料電池セル13の長手方向に沿った長さは、燃料電池セル13の長さ方向における酸素極層20の長さと同等以上とすることがよい。
In the
集電部材14は、耐熱性および導電性を有する必要があり、金属または合金により作製することができる。特には、集電部材14は、高温の酸化雰囲気に曝されることから4〜30%の割合でCrを含有する合金から作製することができ、Fe−Cr系の合金やNi−Cr系の合金等により作製できる。
The current collecting
また、集電部材14は高温の酸化雰囲気に曝されることから、集電部材14の表面に、耐酸化性のコーティングを施してもよい。それにより、集電部材14の劣化を低減することができる。耐酸化性のコーディングを施す部位としては、集電部材14の全表面に施すことが好ましい。それにより、集電部材14の表面が高温の酸化雰囲気に曝されることを抑えることができる。
Further, since the current collecting
ここで、集電部材14の作製方法について説明する。一枚の矩形状をした板部材にプレス加工を施して板部材の幅方向に延びるスリットを板部材の長手方向に複数形成する。そして、第1セル対面部14a1、第1セル離間部14a2および第2セル対面部14b1、第2セル離間部14b2となるスリット間の部位を交互に突出させることにより、図3に示す集電部材14を作製することができる。
Here, the manufacturing method of the
そして、本形態では、集電部材14は、第1集電部材45と、該第1集電部材45よりも耐熱性が高い第2集電部材47とを具備しており、図1に示したように、燃料電池セル間の下端部(ガスタンク16側)に第1集電部材45が、上端部に第2集電部材47が配置されている。
In this embodiment, the current collecting
ここで、集電部材を形成する材料的には、集電部材に用いられる合金中のCrの含有比率が高い方が、耐熱性が高くなる。Crの含有比率が同じ場合には、耐熱性の高い添加剤、例えばTi、Mo、Nbをより多く含む場合に耐熱性が高くなる。一方、集電部材の材料が同じでも、耐酸化性のコーティング膜(材料同一)の厚みが厚い場合、耐熱性の高いコーティング膜(同一厚)を形成した場合などにも耐熱性が高くなる。耐熱性は、集電部材を同じ温度に晒した場合に形成される酸化クロム層の厚みで、耐熱性の高低を直接的に評価できる。酸化クロムの厚みが薄い方が、耐熱性が高くなる。 Here, as a material for forming the current collecting member, the heat resistance is higher when the content ratio of Cr in the alloy used for the current collecting member is higher. In the case where the Cr content ratio is the same, the heat resistance is increased when a higher heat-resistant additive such as Ti, Mo, and Nb is included. On the other hand, even when the material of the current collecting member is the same, the heat resistance becomes high even when the oxidation-resistant coating film (the same material) is thick, or when the coating film with the high heat resistance (the same thickness) is formed. The heat resistance is the thickness of the chromium oxide layer formed when the current collecting member is exposed to the same temperature, and the heat resistance can be directly evaluated. The thinner the chromium oxide, the higher the heat resistance.
従って、第1集電部材45よりも耐熱性が高いとは、第1集電部材45よりもCrの含有比率が高いことをいい、Crの含有比率が同じ場合には、耐熱性の高い添加剤、例えばTi、Mo、Nbを第1集電部材45よりも多く含むことをいい、集電部材14の材料が同じ場合には、耐酸化性のコーティング膜(材料同一)の厚みが第1集電部材45よりも厚いこと、第1集電部材45よりも耐熱性の高いコーティング膜(同一厚)を形成していることをいう。
Therefore, higher heat resistance than the first current collecting
図1に示すセルスタック装置11では、第1集電部材45および第2集電部材47は、いずれも図3に示したように、同一形状とされており、燃料電池セル13の長さ方向における長さも同一長さとされており、集電部材14のCr含有量が異なり、耐熱性だけが異なっている。
In the
言い換えると、複数の燃料電池セル13が長尺板状であり、一方の燃料電池セル13の
主面と該一方の燃料電池セル13に隣接する他方の燃料電池セル13の主面との間に、図5に示すように、燃料電池セル13の長さ方向に、第1集電部材45と第2集電部材47とが、この順で下側から順に配置されている。つまり、一方の燃料電池セル13の主面と他方の燃料電池セル13の主面とは平行に配置され、対面している。
In other words, the plurality of
さらに言い換えると、燃料電池セル13の内部に、かつ燃料電池セル13の長さ方向にガス通路12が形成されており、ガス通路12内を流れる燃料ガスのガス流れ方向に、第1集電部材45と第2集電部材47とがこの順で配置されている。第1集電部材45の上端と第2集電部材47の下端は接触する必要性はない。なお、図面において第2集電部材47には、理解しやすいように斜線を付した。
In other words, the
このようなセルスタック12では、燃料電池セル13の上部(燃料ガスの流れ方向における下流側)での温度が高くなるため、上部における集電部材14が劣化し易いが、図1の形態では、燃料電池セル13の長さ方向の下側に第1集電部材45を、上側に第1集電部材45よりも耐熱性が高い第2集電部材47を配置したため、上側の第2集電部材47が高温に晒されるが、第2集電部材47が第1集電部材45よりも耐熱性が高いため、酸化が同程度に進行し、材料の劣化が同様に進行し、燃料電池セル13の長さ方向に配置された第1集電部材45と第2集電部材47との集電特性のアンバランスが経時的に生じることを抑制できる。これにより、セルスタック12における発電性能を高く維持できる。
In such a
燃料電池セル13の上方で燃料ガスが燃焼するタイプのセルスタック装置11では、特に燃料電池セル13の上部の温度が高くなるため、本形態を好適に用いることができる。
In the
なお、図1では、第1集電部材45、第2集電部材47において、燃料電池セル13の長さ方向における長さを同一長さとしたが、特に同一長さとする必要はなく、例えば、上部と下部における温度差が大きい場合には、第2集電部材47の長さを第1集電部材45よりも短くしても良い。
In FIG. 1, the first current collecting
また、図1では、第1集電部材45、第2集電部材47と2種類の集電部材を用いたが、耐熱性の異なる3種以上の集電部材を用いることができる。この場合には、より細かな制御が可能となる。
In FIG. 1, the first current collecting
さらに、例えば、第2集電部材47は温度の高い部分に配置されるため、放熱性を向上すべく、第1集電部材45よりも表面積が大きなものを使用することができる。
Further, for example, since the second current collecting
また、図1では、燃料電池セル13をタンク16上に、長さ方向を縦にして立設して設けたが、燃料電池セル13の長さ方向を横にして設けたセルスタックであっても良い。
Further, in FIG. 1, the
さらに、上記形態では、中空平板状の燃料電池セルを用いたセルスタック12について説明したが、円板状の燃料電池セルを集電部材を介して積層し、燃料電池セルの中央部から燃料ガスを外周に向けて流す平板状の燃料電池セルを用いたセルスタックについても、本発明を適用できる。この場合には、集電部材はリング状となり、リング状の第1集電部材を取り囲むようにリング状の第2集電部材が配置されることになる。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
図6は、他の形態を示すもので、この形態では、燃料電池セル13の配列方向xの中央部に第2集電部材47だけが配置され、配列方向xの両側部に第1集電部材45だけが配置されている。第2集電部材47だけが配置される中央部と、第1集電部材45だけが配置される両側部の割合は、セルスタック12の温度分布によって適宜設定できるが、図6では、中央部の領域がスタック長さの1/3、両側部がそれぞれ1/3とされている。
FIG. 6 shows another embodiment. In this embodiment, only the second current collecting
このようなセルスタック12の温度は、燃料電池セル13の配列方向xの両側部よりも中央部で高くなりやすいため、配列方向xの両側部に第1集電部材45を、中央部に耐熱性の高い第2集電部材47を配置することにより、燃料電池セル13の配列方向xにおける第1集電部材45と第2集電部材47との集電特性にアンバランスが経時的に生じることを抑制でき、発電性能を高く維持できる。
Since the temperature of the
なお、この形態の場合についても、上記形態と同様に、耐熱性の異なる3種以上の集電部材を用いることができる。また、第2集電部材47は、放熱性を向上すべく第1集電部材45よりも表面積が大きなものを使用することができる。さらに、燃料電池セル13の長さ方向を横にして設けたセルスタックであっても良い。さらにまた、円板状の燃料電池セルを集電部材を介して積層し、燃料電池セルの中央部から燃料ガスを外周に向けて流す平板状の燃料電池セルを用いたセルスタックであっても良い。
In the case of this embodiment, three or more current collecting members having different heat resistance can be used as in the above embodiment. In addition, the second current collecting
図7は、セルスタック12のさらに他の形態を示すもので、この形態では、図1に示した形態において、燃料電池セル13の配列方向xの中央部に位置する第2集電部材47は、配列方向xの両側部に位置する第2集電部材45よりも、燃料電池セル13の長さ方向における長さが長く形成されている。
FIG. 7 shows still another form of the
具体的には、配列方向xの両側部から中央部に向けて次第に第2集電部材47の長さが長くなるように構成されており、第2集電部材47の集合体は、逆三角形のように、言い換えれば、第1集電部材45と第2集電部材47の境界がV字状となるように、第2集電部材47の割合が多くなるように構成されている。
Specifically, the second current collecting
このようなセルスタック12の温度は、燃料電池セルの配列方向xの両側部よりも中央部で高くなりやすいため、また、燃料電池セルの燃料ガスの流れ方向で温度が高くなるため、配列方向xの両側部から中央部に向けて次第に第2集電部材47の長さが長くなるように構成することにより、燃料電池セル13の長さ方向に配置された第1集電部材45と第2集電部材47との集電特性に経時的にアンバランスが生じることをさらに抑制できる。
Since the temperature of such a
なお、この形態の場合についても、上記形態と同様に、耐熱性の異なる3種以上の集電部材を用いることができる。また、第2集電部材47は、放熱性を向上すべく第1集電部材45よりも表面積が大きなものを使用することができる。さらに、燃料電池セル13の長さ方向を横にして設けたセルスタックであっても良い。さらにまた、円板状の燃料電池セルを集電部材を介して積層し、燃料電池セルの中央部から燃料ガスを外周に向けて流す平板状の燃料電池セルを用いたセルスタックであっても良い。
In the case of this embodiment, three or more current collecting members having different heat resistance can be used as in the above embodiment. In addition, the second current collecting
次に、セルスタック12を収納容器31内に収納してなる燃料電池モジュール30について図8を用いて説明する。
Next, the
図8に示す燃料電池モジュール30は、燃料電池セル13にて使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器32をセルスタック12の上方に配置している。そして、改質器32で生成された燃料ガスは、ガス流通管33を介してガスタンク16に供給され、ガスタンク16を介して燃料電池セル13の内部に設けられたガス流路22に供給される。
A
なお、図8においては、収納容器31の一部(前後面)を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置11および改質器32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30においては、セルスタック装置11を、収納容器31内にスライドして収納することが可能である。
FIG. 8 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the
また収納容器31の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材34は、図8においてはガスタンク16に並置されたセルスタック12の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが、燃料ガスの流れに合わせて、燃料電池セル13の側方を下端部側から上端部側に向かって流れるように、燃料電池セル13の下端部側に酸素含有ガスを供給するように構成されている。そして、燃料電池セル13のガス流路22より排出される発電に使用されなかった余剰の燃料ガス(燃料オフガス)を燃料電池セル13の上方で燃焼させることにより、セルスタック12の温度を効果的に上昇させることができ、セルスタック装置11の起動を早めることができる。また、燃料電池セル13の上方にて、燃料電池セル13のガス流路12から排出され発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させることにより、セルスタック12の上方に配置された改質器32を温めることができる。それにより、改質器32で効率よく改質反応を行うことができる。
Further, in FIG. 8, the oxygen-containing
次に、燃料電池モジュール30と、燃料電池モジュール30を作動させるための補機(図示せず)とを外装ケースに収納してなる燃料電池装置35について図9を用いて説明する。
Next, a
図9に示す燃料電池装置35は、支柱36と外装板37とから構成される外装ケース内を仕切板38により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール30を収納するモジュール収納室39とし、下方側を燃料電池モジュール30を作動させるための補機を収納する補機収納室40として構成されている。なお、補機収納室40に収納する補機の記載、外装板37の一部の記載は省略している。
The
また、仕切板38には、補機収納室40の空気をモジュール収納室39側に流すための空気流通口41が設けられており、モジュール収納室39を構成する外装板37の一部に、モジュール収納室39内の空気を排気するための排気口42が設けられている。
In addition, 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、上記形態では、中空平板型の燃料電池セル13を用いたが、円筒型の燃料電池セル、平板型の燃料電池を用いることもできる。
For example, in the above embodiment, the hollow flat
また、上記形態では、インターコネクタ21を有する燃料電池セル13を用いたが、インターコネクタを有しない燃料電池セルを用いることもできる。
Moreover, in the said form, although the
さらに、上記形態では、図3に示すような集電部材14を用いたが、これに限定されるものではない。
Furthermore, in the said form, although the
11:燃料電池セルスタック装置
12:セルスタック
13:燃料電池セル
14:集電部材
22:ガス流路
30:燃料電池モジュール
31:収納容器
35:燃料電池装置
45:第1集電部材
47:第2集電部材
11: fuel cell stack device 12: cell stack 13: fuel cell 14: current collecting member 22: gas flow path 30: fuel cell module 31: storage container 35: fuel cell device 45: first current collecting member 47: first 2 Current collector
Claims (5)
前記燃料電池セルは長尺状であり、前記燃料電池セルの内部に、かつ該燃料電池セルの長さ方向にガス通路が形成されており、該ガス通路のガス流れ方向に、前記第1集電部材と前記第2集電部材とがこの順で配置されており、
前記集電部材の表面に耐酸化性のコーティング膜が設けられており、
前記第2集電部材のコーティング膜の厚みは、前記第1集電部材のコーティング膜の厚みよりも厚いことを特徴とするセルスタック。 A plurality of fuel cells arranged in a row; and a current collecting member that is arranged between the plurality of fuel cells and electrically connects the adjacent fuel cells, and the current collecting member And a first current collecting member and a second current collecting member having higher heat resistance than the first current collecting member ,
The fuel battery cell is elongated, and a gas passage is formed in the fuel battery cell and in a length direction of the fuel battery cell, and the first collection is arranged in the gas flow direction of the gas passage. The electric member and the second current collecting member are arranged in this order,
An oxidation-resistant coating film is provided on the surface of the current collecting member,
The cell stack according to claim 1, wherein a thickness of the coating film of the second current collecting member is larger than a thickness of the coating film of the first current collecting member .
前記燃料電池セルは長尺状であり、前記燃料電池セルの内部に、かつ該燃料電池セルの長さ方向にガス通路が形成されており、該ガス通路のガス流れ方向に、前記第1集電部材と前記第2集電部材とがこの順で配置されており、The fuel battery cell is elongated, and a gas passage is formed in the fuel battery cell and in a length direction of the fuel battery cell, and the first collection is arranged in the gas flow direction of the gas passage. The electric member and the second current collecting member are arranged in this order,
前記集電部材はCrを含有しており、The current collecting member contains Cr;
前記第2集電部材は、前記第1集電部材よりもCrの含有比率が高いことを特徴とするセルスタック。 The cell stack, wherein the second current collecting member has a higher Cr content ratio than the first current collecting member.
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