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JP6907081B2 - Stack connector - Google Patents

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JP6907081B2 JP2017180813A JP2017180813A JP6907081B2 JP 6907081 B2 JP6907081 B2 JP 6907081B2 JP 2017180813 A JP2017180813 A JP 2017180813A JP 2017180813 A JP2017180813 A JP 2017180813A JP 6907081 B2 JP6907081 B2 JP 6907081B2
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  • Fuel Cell (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

本明細書に開示される技術は、スタック接続体に関する。 The techniques disclosed herein relate to stack connections.

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の1つとして、固体酸化物を含む電解質層を備える固体酸化物形の燃料電池(以下、「SOFC」という)が知られている。SOFCの構成単位である燃料電池単セル(以下、単に「単セル」という)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") having an electrolyte layer containing a solid oxide is known as one of the types of fuel cells that generate electricity by utilizing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Has been done. A fuel cell single cell (hereinafter, simply referred to as “single cell”), which is a constituent unit of SOFC, has an electrolyte layer and air that faces each other in a predetermined direction (hereinafter, referred to as “first direction”) across the electrolyte layer. Includes poles and fuel poles.

SOFCは、高電圧の電力供給を可能とするため、複数の燃料電池スタックを備えた燃料電池システムの形態で利用されることがある。各燃料電池スタックは、単セルが第1の方向に複数並べて配置された構造体(以下、「発電ブロック」という)と、発電ブロックに対して、第1の方向の一方側に配置され、空気極に電気的に接続されるプラス極部材と、該プラス極部材に対して発電ブロックとは反対側に配置され、導電性を有するプラス側導電性部材と、プラス極部材と該プラス側導電性部材との間に配置され、絶縁性を有するプラス側絶縁部材と、を備える。さらに、各燃料電池スタックは、発電ブロックに対して、第1の方向の他方側に配置され、燃料極に電気的に接続されるマイナス極部材と、該マイナス極部材に対して発電ブロックとは反対側に配置され、導電性を有し、上記プラス側導電性部材に電気的に接続されるマイナス側導電性部材と、マイナス極部材と該マイナス側導電性部材との間に配置され、絶縁性を有するマイナス側絶縁部材と、を備える。そして、複数の燃料電池スタックのそれぞれに備えられた複数の発電ブロックが電気的に直列に接続されるとともに、複数の燃料電池スタックのそれぞれに備えられたマイナス側導電性部材が互いに電気的に接続される。 SOFCs are sometimes used in the form of fuel cell systems with multiple fuel cell stacks to enable high voltage power supply. Each fuel cell stack has a structure in which a plurality of single cells are arranged side by side in the first direction (hereinafter referred to as "power generation block") and one side of the power generation block in the first direction. A positive pole member that is electrically connected to the pole, a positive side conductive member that is arranged on the opposite side of the positive pole member from the power generation block and has conductivity, and a positive pole member and the positive side conductivity. It is provided with a positive-side insulating member which is arranged between the members and has an insulating property. Further, each fuel cell stack is arranged on the other side of the power generation block in the first direction, and is a negative pole member electrically connected to the fuel pole, and the power generation block with respect to the negative pole member. A negative conductive member arranged on the opposite side, having conductivity, and electrically connected to the positive conductive member, and arranged between the negative electrode member and the negative conductive member to insulate. It is provided with a negative side insulating member having a property. Then, a plurality of power generation blocks provided in each of the plurality of fuel cell stacks are electrically connected in series, and a minus-side conductive member provided in each of the plurality of fuel cell stacks is electrically connected to each other. Will be done.

このように高電圧の電力供給が可能な燃料電池システムでは、複数の発電ブロックが電気的に直列に接続されるため、最高電位の燃料電池スタックに備えられたプラス極部材の電位と、該最高電位の燃料電池スタックに備えられたプラス側導電性部材との間の電位差(以下、「最高電位差」という)が大きくなり、該プラス極部材とプラス側導電性部材との間で短絡し易くなる。そこで、従来から、複数の燃料電池スタックのそれぞれに個別に絶縁機構を備えることにより、燃料電池システムの最高電位差を小さくしようとするものがある(下記特許文献1参照)。 In a fuel cell system capable of supplying high voltage power in this way, since a plurality of power generation blocks are electrically connected in series, the potential of the positive electrode member provided in the fuel cell stack having the highest potential and the maximum potential are obtained. The potential difference between the positive-side conductive member provided in the potential fuel cell stack (hereinafter referred to as “maximum potential difference”) becomes large, and a short circuit is likely to occur between the positive-side conductive member and the positive-side conductive member. .. Therefore, conventionally, there is an attempt to reduce the maximum potential difference of a fuel cell system by individually providing an insulation mechanism for each of a plurality of fuel cell stacks (see Patent Document 1 below).

特開2009−87863号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-87863

上述の従来の燃料電池システムでは、複数の燃料電池スタックのそれぞれに個別に絶縁機構を備える必要があるため、例えば、燃料電池システムの構成が複雑化するなどの問題が生じるおそれがあり、改良の余地があった。 In the above-mentioned conventional fuel cell system, since it is necessary to individually provide an insulation mechanism for each of a plurality of fuel cell stacks, problems such as complicated configuration of the fuel cell system may occur. There was room.

なお、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル(以下、「SOEC」という)の一形態である電解セルスタックを複数備える電解セルシステムにも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池システムと電解セルシステムとをまとめて「スタック接続体」という。 In addition, such a problem is an electrolytic cell including a plurality of electrolytic cell stacks, which is a form of a solid oxide type electrolytic cell (hereinafter referred to as “SOEC”) that generates hydrogen by utilizing an electrolysis reaction of water. This is a common issue for systems. In this specification, the fuel cell system and the electrolytic cell system are collectively referred to as a "stack connection".

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 technique capable of solving the above-mentioned problems.

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。 The techniques disclosed herein can be realized, for example, in the following forms.

(1)本明細書に開示されるスタック接続体は、複数の電気化学反応セルスタックを備えるスタック接続体であって、各前記電気化学反応セルスタックは、電解質層と空気極と燃料極とをそれぞれ含む単セルが、第1の方向に複数並べて配置されたセルブロックと、前記セルブロックに対して、前記第1の方向の一方側に配置され、前記空気極に電気的に接続されるプラス極部材と、前記プラス極部材に対して前記セルブロックとは反対側に配置され、導電性を有するプラス側導電性部材と、前記プラス極部材と前記プラス側導電性部材との間に配置され、絶縁性を有するプラス側絶縁部材と、前記第1の方向の他方側に配置され、前記燃料極に電気的に接続されるマイナス極部材と、前記マイナス極部材に対して前記セルブロックとは反対側に配置され、導電性を有し、前記プラス側導電性部材に電気的に接続されるマイナス側導電性部材と、前記マイナス極部材と前記マイナス側導電性部材との間に配置され、絶縁性を有するマイナス側絶縁部材と、を備えており、前記複数の電気化学反応セルスタックのそれぞれに備えられた複数の前記セルブロックが電気的に直列に接続されるセルブロックが電気的に直列に接続されるとともに、前記複数の電気化学反応セルスタックのそれぞれに備えられた前記マイナス側導電性部材が互いに電気的に接続されるスタック接続体において、前記複数の電気化学反応セルスタックの内、第1の電気化学反応セルスタックに備えられた前記マイナス極部材である特定マイナス極部材と、第2の電気化学反応セルスタックに備えられ、前記特定マイナス極部材に電気的に接続される前記プラス極部材である特定プラス極部材とが導電体を介して特定電位に保持されることにより、前記特定電位に、最高電位の前記プラス極部材と前記特定マイナス極部材との電位差を加算した電位が、前記最高電位の前記プラス極部材の電位とされ、前記特定電位から、前記特定プラス極部材と最低電位の前記マイナス極部材との電位差を減算した電位が、前記最低電位の前記マイナス極部材の電位とされており、前記最高電位の前記プラス極部材の電位と前記プラス側導電性部材の電位との差の絶対値は、前記複数の電気化学反応セルスタックの合計電圧と前記プラス側導電性部材の電位との差の絶対値より小さく、かつ、前記最低電位の前記マイナス極部材の電位と前記マイナス側導電性部材の電位との差の絶対値は、前記複数の電気化学反応セルスタックの合計電圧と前記マイナス側導電性部材の電位との差の絶対値より小さい。本スタック接続体によれば、第1の電気化学反応セルスタックに備えられたマイナス極部材である特定マイナス極部材と、第2の電気化学反応セルスタックに備えられ、特定マイナス極部材に電気的に接続されるプラス極部材とが導電体を介して特定電位に保持されている。ここで、最高電位のプラス極部材の電位と、プラス側導電性部材の電位と、最低電位の前記マイナス極部材の電位と、マイナス側導電性部材の電位とは、次の関係式(1)(2)に示される条件を満たす。
|「最高電位のプラス極部材の電位」−「プラス側導電性部材の電位」|<|「複数の電気化学反応セルスタックの合計電圧」−「プラス側導電性部材の電位」|・・・(1)
|「最低電位のマイナス極部材の電位」−「マイナス側導電性部材の電位」|<|「複数の電気化学反応セルスタックの合計電圧」−「マイナス側導電性部材の電位」|・・・(2)
なお、プラス側導電性部材とマイナス側導電性部材とは電気的に接続されており、両者の電位は略同一である。
|「最高電位のプラス極部材の電位」−「プラス側導電性部材の電位」|は、本スタック接続体における最高電位のプラス極部材の電位とプラス側導電性部材の電位との差の絶対値(以下、「本スタック接続体の最高電位差」という)を示す。また、|「複数の電気化学反応セルスタックの合計電圧」−「プラス側導電性部材の電位」|は、特定マイナス極部材と特定プラス極部材とが特定電位に保持されない場合における最高電位のプラス極部材の電位とプラス側導電性部材の電位との差の絶対値(以下、「未接続時の最高電位差」という)を示す。すなわち、関係式(1)は、本スタック接続体の最高電位差が、未接続時の最高電位差より小さいことを意味する。
次に、|「最低電位のマイナス極部材の電位」−「マイナス側導電性部材の電位」|は、本スタック接続体における最低電位のマイナス極部材の電位とマイナス側導電性部材の電位との差の絶対値(以下、「本スタック接続体の最低電位差」という)を示す。すなわち、関係式(2)は、本スタック接続体の最低電位差が、未接続時の最高電位差より小さいことを意味する。このような本スタック接続体によれば、特定マイナス極部材と特定プラス極部材とが特定電位に保持されない場合に比べて、最高電位の電気化学反応セルスタックに備えられたプラス極部材と、該最高電位の電気化学反応セルスタックに備えられたプラス側導電性部材との間の電位差(以下、「最高電位差」という)を小さくすることができる。しかも、最低電位の電気化学反応セルスタックに備えられたマイナス極部材と、該最低電位の電気化学反応セルスタックに備えられたマイナス側導電性部材との間の電位差(以下、「最低電位差」という)が増大することを抑制することができる。
(1) The stack connection disclosed in the present specification is a stack connection including a plurality of electrochemical reaction cell stacks, and each of the electrochemical reaction cell stacks has an electrolyte layer, an air electrode, and a fuel electrode. A plurality of single cells containing each are arranged side by side in the first direction, and a plus that is arranged on one side of the first direction with respect to the cell block and is electrically connected to the air electrode. The pole member is arranged on the side opposite to the cell block with respect to the positive pole member, and is arranged between the positive side conductive member having conductivity and the positive pole member and the positive side conductive member. The positive side insulating member having an insulating property, the negative pole member arranged on the other side in the first direction and electrically connected to the fuel pole, and the cell block with respect to the negative pole member The negative side conductive member, which is arranged on the opposite side and has conductivity and is electrically connected to the positive side conductive member, is arranged between the negative electrode member and the negative side conductive member. A cell block that includes a negative-side insulating member having an insulating property and is electrically connected in series with a plurality of the cell blocks provided in each of the plurality of electrochemical reaction cell stacks is electrically in series. In a stack connection in which the negative conductive members provided in each of the plurality of electrochemical reaction cell stacks are electrically connected to each other, among the plurality of electrochemical reaction cell stacks, The specific negative electrode member, which is the negative electrode member provided in the first electrochemical reaction cell stack, and the positive electrode member, which is provided in the second electrochemical reaction cell stack and is electrically connected to the specific negative electrode member. By holding the specific positive pole member, which is a polar member, at a specific potential via a conductor, a potential obtained by adding the potential difference between the positive pole member and the specific negative pole member, which has the highest potential, to the specific potential is obtained. , The potential of the positive pole member having the highest potential, and the potential obtained by subtracting the potential difference between the specific positive pole member and the negative pole member having the lowest potential from the specific potential is the potential of the negative pole member having the lowest potential. It is defined as a potential, and the absolute value of the difference between the potential of the positive pole member having the highest potential and the potential of the positive conductive member is the total voltage of the plurality of electrochemical reaction cell stacks and the positive conductivity. The potential of the negative pole member and the potential of the negative conductive member, which are smaller than the absolute value of the difference from the electric potential of the member and have the lowest potential. The absolute value of the difference between the two is smaller than the absolute value of the difference between the total voltage of the plurality of electrochemical reaction cell stacks and the potential of the negative conductive member. According to this stack connector, a specific negative pole member which is a negative pole member provided in the first electrochemical reaction cell stack and a specific negative pole member provided in the second electrochemical reaction cell stack are electrically provided to the specific negative pole member. The positive electrode member connected to is held at a specific potential via a conductor. Here, the potential of the positive pole member having the highest potential, the potential of the positive side conductive member, the potential of the negative pole member having the lowest potential, and the potential of the negative side conductive member are related to the following relational expression (1). The condition shown in (2) is satisfied.
| "Potential of positive electrode member with maximum potential"-"Potential of positive conductive member" | < | "Total voltage of multiple electrochemical reaction cell stacks"-"Potential of positive conductive member" | (1)
| "Potential of negative electrode member with lowest potential"-"Potential of negative conductive member" | < | "Total voltage of multiple electrochemical reaction cell stacks"-"Potential of negative conductive member" | (2)
The positive side conductive member and the negative side conductive member are electrically connected, and their potentials are substantially the same.
| "Potential of the positive pole member with the highest potential"-"Potential of the positive side conductive member" | is the absolute difference between the potential of the positive pole member with the highest potential and the potential of the positive side conductive member in this stack connection. The value (hereinafter referred to as "the maximum potential difference of this stack connection") is shown. In addition, | "total voltage of a plurality of electrochemical reaction cell stacks"-"potential of the positive side conductive member" | is the positive potential of the maximum potential when the specific negative pole member and the specific positive pole member are not held at the specific potential. The absolute value of the difference between the potential of the polar member and the potential of the positive conductive member (hereinafter referred to as “maximum potential difference when not connected”) is shown. That is, the relational expression (1) means that the maximum potential difference of this stack connection is smaller than the maximum potential difference when not connected.
Next, | "potential of the negative pole member of the lowest potential"-"potential of the negative side conductive member" | is the potential of the lowest potential negative pole member and the potential of the negative side conductive member in this stack connection. The absolute value of the difference (hereinafter referred to as "minimum potential difference of this stack connection") is shown. That is, the relational expression (2) means that the minimum potential difference of this stack connector is smaller than the maximum potential difference when not connected. According to this stack connection, the positive electrode member provided in the electrochemical reaction cell stack having the highest potential and the positive electrode member, as compared with the case where the specific negative electrode member and the specific positive electrode member are not held at the specific potential. It is possible to reduce the potential difference (hereinafter, referred to as “maximum potential difference”) between the positive side conductive member provided in the electrochemical reaction cell stack having the highest potential. Moreover, the potential difference between the negative electrode member provided in the lowest potential electrochemical reaction cell stack and the negative conductive member provided in the lowest potential electrochemical reaction cell stack (hereinafter referred to as "minimum potential difference"). ) Can be suppressed from increasing.

(2)上記スタック接続体において、さらに、前記各電気化学反応セルスタックに接続される導電性の管を備え、前記特定マイナス極部材と前記特定プラス極部材とは、前記導電体を介して前記管に電気的に接続されることによって前記特定電位に保持されている構成としてもよい。本スタック接続体によれば、特定マイナス極部材と特定プラス極部材とが、各電気化学反応セルスタックに接続される導電性の管に電気的に接続されることによって、特定電位に保持される。このため、特定マイナス極部材と特定プラス極部材とを特定電位に保持するために専用の構成を別途要することなく、スタック接続体の最高電位を低くすることができる。 (2) The stack connection is further provided with a conductive tube connected to each electrochemical reaction cell stack, and the specific negative pole member and the specific positive pole member are connected to the specific negative pole member via the conductor. It may be configured to be held at the specific potential by being electrically connected to the tube. According to this stack connector, the specific negative pole member and the specific positive pole member are held at a specific potential by being electrically connected to a conductive tube connected to each electrochemical reaction cell stack. .. Therefore, the maximum potential of the stack connection can be lowered without separately requiring a special configuration for holding the specific negative pole member and the specific positive pole member at a specific potential.

(3)上記スタック接続体において、前記スタック接続体は、さらに、前記複数の電気化学反応セルスタックの少なくとも1つを収容する導電性の筐体を備え、前記特定マイナス極部材と前記特定プラス極部材とは、前記導電体を介して前記筐体に電気的に接続されることによって前記特定電位に保持されている構成としてもよい。本スタック接続体によれば、特定マイナス極部材と特定プラス極部材とが、複数の電気化学反応セルスタックの少なくとも1つを収容する導電性の筐体に電気的に接続されることによって、特定電位に保持される。このため、特定マイナス極部材と特定プラス極部材とを特定電位に保持するために専用の構成を別途要することなく、スタック接続体の最高電位を低くすることができる。 (3) In the stack connecting body, the stack connecting body further includes a conductive housing for accommodating at least one of the plurality of electrochemical reaction cell stacks, and the specific negative pole member and the specific positive pole. The member may be configured to be held at the specific potential by being electrically connected to the housing via the conductor. According to the stack connector, the specific negative pole member and the specific positive pole member are identified by being electrically connected to a conductive housing accommodating at least one of a plurality of electrochemical reaction cell stacks. It is held at the potential. Therefore, the maximum potential of the stack connection can be lowered without separately requiring a special configuration for holding the specific negative pole member and the specific positive pole member at a specific potential.

(4)上記スタック接続体において、前記複数の電気化学反応セルスタックの全個数は、6つ以上であり、前記複数の電気化学反応セルスタックの内、前記セルブロックの直列接続における並び順で、真ん中に位置する1つまたは2つの前記電気化学反応セルスタックを含み、且つ、前記並び順が連続する、全個数の1/3以下の複数の前記電気化学反応セルスタックを、特定セルスタック群とするとき、前記第1の電気化学反応セルスタックおよび前記第2の電気化学反応セルスタックは、前記特定セルスタック群に含まれる構成としてもよい。本スタック接続体によれば、特定電位に保持される第1の電気化学反応セルスタックおよび第2の電気化学反応セルスタックが特定セルスタック群に含まれない場合に比べて、スタック接続体の最高電位を低くしつつ、スタック接続体の最低電位(最低電位の電気化学反応セルスタックのマイナス極部材の電位)が低くなり過ぎることを抑制することができる。 (4) In the stack connection, the total number of the plurality of electrochemical reaction cell stacks is 6 or more, and the order in which the cell blocks are connected in series among the plurality of electrochemical reaction cell stacks is as follows. A plurality of the electrochemical reaction cell stacks containing one or two of the electrochemical reaction cell stacks located in the center and having a continuous arrangement order of 1/3 or less of the total number are referred to as a specific cell stack group. At that time, the first electrochemical reaction cell stack and the second electrochemical reaction cell stack may be included in the specific cell stack group. According to this stack connector, the highest stack connector is compared with the case where the first electrochemical reaction cell stack and the second electrochemical reaction cell stack held at a specific potential are not included in the specific cell stack group. While lowering the potential, it is possible to prevent the lowest potential of the stack connector (the potential of the negative electrode member of the electrochemical reaction cell stack at the lowest potential) from becoming too low.

(5)上記スタック接続体において、前記複数の電気化学反応セルスタックの全個数が4以上の偶数個である場合、前記第1の電気化学反応セルスタックおよび前記第2の電気化学反応セルスタックは、前記セルブロックの直列接続における並び順で、真ん中に位置する一対の電気化学反応セルスタックであり、前記複数の電気化学反応セルスタックの全個数が5以上の奇数個である場合、前記第1の電気化学反応セルスタックおよび前記第2の電気化学反応セルスタックは、直列接続における並び順で、真ん中に位置する一の電気化学反応セルスタックと、前記一の電気化学反応セルスタックの前または後ろの並び順である他の電気化学反応セルスタックとである構成としてもよい。本スタック接続体によれば、特定電位に保持される第1の電気化学反応セルスタックおよび第2の電気化学反応セルスタックは、直列接続における並び順で、略真ん中に位置する2つの電気化学セルスタックとされるため、略真ん中に位置しない2つの電気化学セルスタックとされる構成に比べて、スタック接続体の最高電位を低くしつつ、スタック接続体の最低電位(最低電位の電気化学反応セルスタックのマイナス極部材の電位)が低くなり過ぎることを効果的に抑制することができる。 (5) In the stack connection, when the total number of the plurality of electrochemical reaction cell stacks is an even number of 4 or more, the first electrochemical reaction cell stack and the second electrochemical reaction cell stack When the pair of electrochemical reaction cell stacks located in the middle in the order of the cell blocks connected in series and the total number of the plurality of electrochemical reaction cell stacks is an odd number of 5 or more, the first The electrochemical reaction cell stack and the second electrochemical reaction cell stack are arranged in series, with one electrochemical reaction cell stack located in the middle and front or back of the one electrochemical reaction cell stack. It may be configured to be in the order of other electrochemical reaction cell stacks. According to this stack connector, the first electrochemical reaction cell stack and the second electrochemical reaction cell stack held at a specific potential are two electrochemical cells located approximately in the middle in the order in which they are connected in series. Since it is a stack, two electrochemical cells that are not located in the center of the stack. Compared to a stack configuration, the maximum potential of the stack connection is lowered, and the minimum potential of the stack connection (the lowest potential electrochemical reaction cell). It is possible to effectively prevent the potential of the negative electrode member of the stack from becoming too low.

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、複数の電気化学反応セルスタックを備えるスタック接続体の製造方法等の形態で実現することが可能である。 The technique disclosed in the present specification can be realized in various forms, for example, a method for manufacturing a stack connector including a plurality of electrochemical reaction cell stacks. Is.

第1実施形態における燃料電池システム10の全体構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the whole structure of the fuel cell system 10 in 1st Embodiment. 第1実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the appearance structure of the fuel cell stack 100 in 1st Embodiment. 図2のIII−III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。It is explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100 at the position of III-III of FIG. 図2のIV−IV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。It is explanatory drawing which shows the YZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100 at the position IV-IV of FIG. 図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross section configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 図4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。It is explanatory drawing which shows the YZ cross section configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 比較例における燃料電池システム10Xの全体構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the whole structure of the fuel cell system 10X in the comparative example. 第2実施形態における燃料電池システム10Yの全体構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the whole structure of the fuel cell system 10Y in 2nd Embodiment. 第2実施形態の変形例における燃料電池システム10Zの全体構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the whole structure of the fuel cell system 10Z in the modification of 2nd Embodiment.

A.第1実施形態:
A−1.構成:
(燃料電池システム10の構成)
図1は、本実施形態における燃料電池システム10の全体構成を示す説明図である。同図では、後述のガス通路部材27等は省略されている。同図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向というものとするが、燃料電池システム10および次述する燃料電池スタック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2以降についても同様である。
A. First Embodiment:
A-1. Constitution:
(Configuration of fuel cell system 10)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an overall configuration of the fuel cell system 10 according to the present embodiment. In the figure, the gas passage member 27 and the like, which will be described later, are omitted. The figure shows XYZ axes that are orthogonal to each other to identify the direction. In the present specification, for convenience, the Z-axis positive direction is referred to as an upward direction, and the Z-axis negative direction is referred to as a downward direction, but the fuel cell system 10 and the fuel cell stack 100 described below are actually such. It may be installed in a direction different from the normal direction. The same applies to FIGS. 2 and later.

図1に示すように、燃料電池システム10は、複数(本実施形態では4つ)の燃料電池スタック100を備え、4つの燃料電池スタック100のそれぞれに備えられた複数の発電ブロック103(後述)が電気的に直列に接続されている。燃料電池システム10は、このように複数の発電ブロック103(後述)が電気的に直列に接続された形態であるため、高電圧の電力供給が可能であり、例えば業務・産業用の燃料電池として利用される。以下、4つの燃料電池スタック100のそれぞれの出力電圧は略同一であるとし、1つの燃料電池スタック100の出力電圧(例えば20(V))を「スタック電圧VS」といい、燃料電池システム10全体の出力電圧(=VS×4 例えば80(V))を「システム電圧VA」という。燃料電池システム10における電気的接続関係については、後で詳述する。なお、燃料電池システム10は、特許請求の範囲におけるスタック接続体に相当し、燃料電池スタック100は、特許請求の範囲における電気化学反応セルスタックに相当する。 As shown in FIG. 1, the fuel cell system 10 includes a plurality of (four in this embodiment) fuel cell stacks 100, and a plurality of power generation blocks 103 (described later) provided in each of the four fuel cell stacks 100. Are electrically connected in series. Since the fuel cell system 10 has a form in which a plurality of power generation blocks 103 (described later) are electrically connected in series in this way, it is possible to supply high voltage power, for example, as a fuel cell for business or industrial use. It will be used. Hereinafter, assuming that the output voltages of the four fuel cell stacks 100 are substantially the same, the output voltage of one fuel cell stack 100 (for example, 20 (V)) is referred to as "stack voltage VS", and the entire fuel cell system 10 is used. The output voltage of (= VS × 4, for example 80 (V)) is referred to as “system voltage VA”. The electrical connection relationship in the fuel cell system 10 will be described in detail later. The fuel cell system 10 corresponds to a stack connector in the claims, and the fuel cell stack 100 corresponds to an electrochemical reaction cell stack in the claims.

(各燃料電池スタック100の構成)
図2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3は、図2のIII−III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4は、図2のIV−IV−IV−IV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。
(Structure of each fuel cell stack 100)
FIG. 2 is a perspective view showing an external configuration of the fuel cell stack 100 according to the present embodiment, and FIG. 3 is an explanatory view showing an XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position III-III of FIG. FIG. 4 is an explanatory view showing a YZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position of IV-IV-IV-IV of FIG.

図2から図4に示すように、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、第1のエンドプレート104と、第2のエンドプレート106と、集電板18とを備える。燃料電池スタック100に含まれる複数の発電単位102は、所定の配列方向(本実施形態では上下方向)に並べて配置されている。第1のエンドプレート104と第2のエンドプレート106とは、複数の発電単位102から構成される集合体(以下、「発電ブロック103」という)を上下から挟むように配置されている。また、発電ブロック103と第2のエンドプレート106との間には、集電板18が配置されている。なお、上記配列方向(上下方向)は、特許請求の範囲における第1の方向に相当し、発電ブロック103は、特許請求の範囲におけるセルブロックに相当する。 As shown in FIGS. 2 to 4, the fuel cell stack 100 includes a plurality of power generation units 102 (seven in this embodiment), a first end plate 104, a second end plate 106, and a current collector plate. It is provided with 18. The plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are arranged side by side in a predetermined arrangement direction (vertical direction in the present embodiment). The first end plate 104 and the second end plate 106 are arranged so as to sandwich an aggregate (hereinafter, referred to as "power generation block 103") composed of a plurality of power generation units 102 from above and below. A current collector plate 18 is arranged between the power generation block 103 and the second end plate 106. The arrangement direction (vertical direction) corresponds to the first direction in the claims, and the power generation block 103 corresponds to the cell block in the claims.

燃料電池スタック100を構成する各層(発電単位102、第1および第2のエンドプレート104,106、集電板18)のZ方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の(本実施形態では8つの)孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、第1のエンドプレート104から第2のエンドプレート106にわたって上下方向に延びる貫通孔108を構成している。以下の説明では、貫通孔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、貫通孔108という場合がある。 A plurality of layers (power generation unit 102, first and second end plates 104, 106, current collector plate 18) constituting the fuel cell stack 100 are provided with a plurality of layers penetrating in the vertical direction (this embodiment). In the form, eight holes are formed, and the through holes 108 formed in each layer and corresponding to each other communicate with each other in the vertical direction and extend in the vertical direction from the first end plate 104 to the second end plate 106. Consists of. In the following description, the holes formed in each layer of the fuel cell stack 100 to form the through holes 108 may also be referred to as through holes 108.

各貫通孔108には上下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。 A bolt 22 extending in the vertical direction is inserted into each through hole 108, and the fuel cell stack 100 is fastened by the bolt 22 and the nuts 24 fitted on both sides of the bolt 22.

各ボルト22の軸部の外径は各貫通孔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貫通孔108の内周面との間には、空間が確保されている。図2および図3に示すように、燃料電池スタック100のZ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が挿入された貫通孔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導入マニホールド161として機能し、該辺の反対側の辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸負方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22B)と、そのボルト22Bが挿入された貫通孔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 through 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 through hole 108. As shown in FIGS. 2 and 3, the position is near the midpoint of one side (the side on the positive side of the X axis among the two sides parallel to the Y axis) on the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z direction. In the space formed by the bolt 22 (bolt 22A) and the through hole 108 into which the bolt 22A is inserted, the oxidant gas OG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100, and the oxidant gas OG is generated for each power generation. It functions as an oxidizer gas introduction manifold 161 that is a gas flow path supplied to the unit 102, and is the midpoint of the side opposite to the side (the side on the negative side of the X axis among the two sides parallel to the Y axis). The space formed by the bolt 22 (bolt 22B) located in the vicinity and the through hole 108 into which the bolt 22B is inserted provides the oxidizer off-gas OOG, which is the gas discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102. It functions as an oxidant gas discharge manifold 162 that discharges to the outside of the fuel cell stack 100. In this embodiment, for example, air is used as the oxidant gas OG.

また、図2および図4に示すように、燃料電池スタック100のZ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が挿入された貫通孔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導入マニホールド171として機能し、該辺の反対側の辺(X軸に平行な2つの辺の内のY軸負方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22E)と、そのボルト22Eが挿入された貫通孔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。 Further, as shown in FIGS. 2 and 4, the vicinity of the midpoint of one side (the side on the positive side of the Y axis among the two sides parallel to the X axis) on the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z direction. In the space formed by the bolt 22 (bolt 22D) located in the above and the through hole 108 into which the bolt 22D is inserted, the fuel gas FG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100, and the fuel gas FG is generated by each power generation. A bolt 22 that functions as a fuel gas introduction manifold 171 to be supplied to the unit 102 and is located near the midpoint of the opposite side (the side on the negative side of the Y axis of the two sides parallel to the X axis). The space formed by (bolt 22E) and the through hole 108 into which the bolt 22E is inserted sends the fuel-off gas FOG, which is the gas discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102, to the outside of the fuel cell stack 100. It functions as a fuel gas discharge manifold 172 to be discharged. In the present embodiment, for example, a hydrogen-rich gas obtained by reforming city gas 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、金属により形成されており、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(例えば、図1に示す燃料ガス導入管60や燃料オフガス排出管70)が接続される。また、図3に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド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、酸化剤ガス導入マニホールド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4に示すように、燃料ガス導入マニホールド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、燃料ガス導入マニホールド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。 The fuel cell stack 100 is provided with four gas passage members 27. Each gas passage member 27 is made of metal and has a hollow tubular main body 28 and a hollow tubular branch 29 branched from the side surface of the main body 28. The hole of the branch portion 29 communicates with the hole of the main body portion 28. Gas pipes (for example, the fuel gas introduction pipe 60 and the fuel off gas discharge pipe 70 shown in FIG. 1) are connected to the branch portion 29 of each gas passage member 27. Further, as shown in FIG. 3, the hole of the main body 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22A forming the oxidant gas introduction manifold 161 communicates with the oxidant gas introduction manifold 161. The hole of the main body 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. 4, the hole of the main body 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22D forming the fuel gas introduction manifold 171 communicates with the fuel gas introduction manifold 171 and fuel gas. The hole of the main body 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.

図3および図4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の上端を構成する第1のエンドプレート104の上側表面との間には、マイカにより形成されたシール材52が介在している。シール材52には、上述した各貫通孔108に連通する孔が形成されている。シール材52により、シール材52を挟んで配列方向に互いに隣り合う上側のナット24と第1のエンドプレート104とが電気的に絶縁され、かつ、上側のナット24と第1のエンドプレート104との間のガスシール性が確保される。また、ボルト22の他方の側(下側)に嵌められたナット24とガス通路部材27との間、および、燃料電池スタック100の下端を構成する第2のエンドプレート106の下側表面とガス通路部材27の間には、それぞれ、導電性のシール材53が介在している。シール材53には、上述した各貫通孔108に連通する孔が形成されている。シール材53により、第2のエンドプレート106とガス通路部材27と下側のナット24との間のガスシール性が確保される。また、ボルト22と下側のナット24とガス通路部材27とを介して、上側のナット24と第2のエンドプレート106とが電気的に接続されることによって略同電位に保持されている。また、上述したように、各ガス通路部材27の分岐部29に燃料ガス導入管60等が接続されることによって、上側のナット24と第2のエンドプレート106とが略ゼロ(V)に保持されている。 As shown in FIGS. 3 and 4, between the nut 24 fitted on one side (upper side) of the bolt 22 and the upper surface of the first end plate 104 constituting the upper end of the fuel cell stack 100. A sealing material 52 formed of mica is interposed. The sealing material 52 is formed with holes communicating with each of the above-mentioned through holes 108. The sealing material 52 electrically insulates the upper nut 24 and the first end plate 104 that are adjacent to each other in the arrangement direction with the sealing material 52 in between, and the upper nut 24 and the first end plate 104. The gas sealability between them is ensured. Further, between the nut 24 fitted on the other side (lower side) of the bolt 22 and the gas passage member 27, and the lower surface of the second end plate 106 forming the lower end of the fuel cell stack 100 and the gas. A conductive sealing material 53 is interposed between the passage members 27, respectively. The sealing material 53 is formed with holes communicating with each of the above-mentioned through holes 108. The sealing material 53 ensures the gas sealing property between the second end plate 106, the gas passage member 27, and the lower nut 24. Further, the upper nut 24 and the second end plate 106 are electrically connected via the bolt 22, the lower nut 24, and the gas passage member 27, and are held at substantially the same potential. Further, as described above, by connecting the fuel gas introduction pipe 60 or the like to the branch portion 29 of each gas passage member 27, the upper nut 24 and the second end plate 106 are held at substantially zero (V). Has been done.

(エンドプレート104,106の構成)
第1および第2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。第1のエンドプレート104は、配列方向に略直交する方向(例えばX軸負方向)に突出する第1の突出部14を備える。第1のエンドプレート104の第1の突出部14は、燃料電池スタック100のプラス側の出力端子として機能する。
(Structure of end plates 104 and 106)
The first and second end plates 104 and 106 are substantially rectangular flat plate-shaped conductive members, and are made of, for example, stainless steel. The first end plate 104 includes a first protruding portion 14 that projects in a direction substantially orthogonal to the arrangement direction (for example, a negative direction on the X-axis). The first protrusion 14 of the first end plate 104 functions as a positive output terminal of the fuel cell stack 100.

(集電板18の構成)
集電板18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。集電板18は、上記配列方向に略直交する方向(例えばX軸正方向)に突出する第2の突出部16を備える。集電板18の突出部16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。
(Structure of current collector plate 18)
The current collector plate 18 is a substantially rectangular flat plate-shaped conductive member, and is made of, for example, stainless steel. The current collector plate 18 includes a second protruding portion 16 that protrudes in a direction substantially orthogonal to the arrangement direction (for example, in the positive direction of the X-axis). The protruding portion 16 of the current collector plate 18 functions as an output terminal on the negative side of the fuel cell stack 100.

集電板18と第2のエンドプレート106との間には、マイカ等の絶縁材57が介在している。この絶縁材57を挟んで配列方向に互いに隣り合う2つの導電性部材である集電板18と第2のエンドプレート106とが電気的に絶縁され、かつ、集電板18と第2のエンドプレート106との間のガスシール性が確保される。 An insulating material 57 such as mica is interposed between the current collector plate 18 and the second end plate 106. The current collector plate 18 and the second end plate 106, which are two conductive members adjacent to each other in the arrangement direction with the insulating material 57 interposed therebetween, are electrically insulated from each other, and the current collector plate 18 and the second end are electrically insulated from each other. Gas sealability with the plate 106 is ensured.

(発電単位102の構成)
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XZ断面構成を示す説明図であり、図6は、図4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。
(Structure of power generation unit 102)
FIG. 5 is an explanatory view showing an 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. 3, and FIG. 6 is an explanatory view showing the XZ cross-sectional configuration of the two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. It is explanatory drawing which shows the YZ cross-sectional structure of two power generation units 102.

図5および図6に示すように、発電の最小単位である発電単位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、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。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が挿入される貫通孔108に対応する孔が形成されている。 As shown in FIGS. 5 and 6, the power generation unit 102, which is the minimum unit of power generation, includes a single cell 110, a separator 120, an air pole side frame 130, an air pole side current collector 134, and a fuel pole side frame. It includes 140, a fuel electrode side current collector 144, and a pair of interconnectors 150 that form the uppermost layer and the lowermost layer of the power generation unit 102. Holes corresponding to the through holes 108 into which the bolts 22 described above are inserted are formed in the peripheral edges of the separator 120, the air pole side frame 130, the fuel pole side frame 140, and the interconnector 150 in the Z direction.

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。 The interconnector 150 is a substantially rectangular flat plate-shaped conductive member, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The interconnector 150 ensures electrical continuity between the power generation units 102 and prevents mixing of reaction gases between the power generation units 102. In the present embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacent to each other, one interconnector 150 is shared by 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. Further, since the fuel cell stack 100 includes a pair of end plates 104 and 106, the power generation unit 102 located at the top of the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150 and is located at the bottom. The power generation unit 102 does not include the lower interconnector 150.

単セル110は、電解質層112と、電解質層112を挟んで上下方向(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, an air electrode (cathode) 114 and a fuel electrode (anode) 116 facing each other in the vertical direction (arrangement direction in which the power generation units 102 are arranged) with the electrolyte layer 112 interposed therebetween. The single cell 110 of the present embodiment is a fuel pole support type single cell in which the fuel pole 116 supports the electrolyte layer 112 and the air pole 114.

電解質層112は、略矩形の平板形状部材であり、少なくともZrを含んでおり、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)、CaSZ(カルシア安定化ジルコニア)等の固体酸化物により形成されている。空気極114は、略矩形の平板形状部材であり、例えば、ペロブスカイト型酸化物(例えばLSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物)、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、略矩形の平板形状部材であり、例えば、Ni(ニッケル)、Niとセラミック粒子からなるサーメット、Ni基合金等により形成されている。このように、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。 The electrolyte layer 112 is a substantially rectangular flat plate-shaped member and contains at least Zr, and solid oxides such as YSZ (yttria-stabilized zirconia), ScSZ (scandia-stabilized zirconia), and CaSZ (calcia-stabilized zirconia). It is formed by objects. The air electrode 114 is a substantially rectangular flat plate-shaped member, and is formed of, for example, a perovskite-type oxide (for example, LSCF (lanternstrontium cobalt iron oxide), LSM (lanternstrontium manganese oxide), LNF (lantern nickel iron)). Has been done. The fuel electrode 116 is a substantially rectangular flat plate-shaped member, and is formed of, for example, Ni (nickel), a cermet composed of Ni and ceramic particles, a Ni-based alloy, or the like. As described above, the single cell 110 (power generation unit 102) of the present embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) that uses a solid oxide as an electrolyte.

セパレータ120は、中央付近に上下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ロウ材(例えばAgロウ)により形成された接合部により、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 vertical direction is formed near the center, and is formed of, for example, metal. The peripheral portion of the hole 121 in the separator 120 faces the peripheral edge of the surface of the electrolyte layer 112 on the side of the air electrode 114. The separator 120 is joined to the single cell 110 by a joining portion formed of a brazing material (for example, Ag brazing) arranged at the opposite portion thereof. The separator 120 partitions the air chamber 166 facing the air electrode 114 and the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116, and a gas leak from one electrode side to the other electrode side at the peripheral edge of the single cell 110. It is suppressed.

空気極側フレーム130は、中央付近に上下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における単セル110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。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。図5に示すように、空気極側フレーム130には、酸化剤ガス導入マニホールド161と空気室166とを連通する酸化剤ガス供給連通孔132と、空気室166と酸化剤ガス排出マニホールド162とを連通する酸化剤ガス排出連通孔133とが形成されている。 The air electrode side frame 130 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 131 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is formed of, for example, an insulator such as mica. The hole 131 of the air electrode side frame 130 constitutes an air chamber 166 facing the air electrode 114. The air electrode side frame 130 is in contact with the peripheral edge of the surface of the separator 120 opposite to the side facing the single cell 110 and the peripheral edge of the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114. .. The air electrode side frame 130 electrically insulates between the pair of interconnectors 150 included in the power generation unit 102. As shown in FIG. 5, the air electrode side frame 130 includes an oxidant gas supply communication hole 132 that communicates the oxidant gas introduction manifold 161 and the air chamber 166, and an air chamber 166 and the oxidant gas discharge manifold 162. An oxidant gas discharge communication hole 133 that communicates with the oxidant gas is formed.

燃料極側フレーム140は、中央付近に上下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における単セル110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。図6に示すように、燃料極側フレーム140には、燃料ガス導入マニホールド171と燃料室176とを連通する燃料ガス供給連通孔142と、燃料室176と燃料ガス排出マニホールド172とを連通する燃料ガス排出連通孔143とが形成されている。 The fuel pole side frame 140 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 141 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is formed of, for example, metal. Hole 141 of the fuel electrode side frame 140 constitutes a fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116. The fuel pole side frame 140 is in contact with the peripheral edge of the surface of the separator 120 facing the single cell 110 and the peripheral edge of the surface of the interconnector 150 facing the fuel pole 116. As shown in FIG. 6, in the fuel electrode side frame 140, the fuel gas supply communication hole 142 that communicates the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel chamber 176, and the fuel that communicates the fuel chamber 176 and the fuel gas discharge manifold 172. A gas discharge communication hole 143 is formed.

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、インターコネクタ対向部146と、電極対向部145と、電極対向部145とインターコネクタ対向部146とをつなぐ連接部147とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部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触しており、インターコネクタ対向部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におけるインターコネクタ対向部146は、集電板18の表面に接触している。燃料極側集電体144は、こ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(または集電板18)とを電気的に接続する。なお、電極対向部145とインターコネクタ対向部146との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー149が配置されている。そのため、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との電気的接続が良好に維持される。ただし、上述したように、燃料電池スタック100(発電ブロック103)において最も下に位置する発電単位102の下側には、インターコネクタ150の代わりに集電板18が配置されており、集電板18が、燃料極側集電体144を介して燃料極116に電気的に接続される。したがって、集電板18は、特許請求の範囲におけるマイナス極部材に相当する。また、第2のエンドプレート106は、特許請求の範囲におけるマイナス側導電性部材に相当する。また、集電板18と第2のエンドプレート106との間に配置された絶縁材57は、特許請求の範囲におけるマイナス側絶縁部材に相当する。 The fuel electrode side current collector 144 is arranged in the fuel chamber 176. The fuel electrode side current collector 144 includes an interconnector facing portion 146, an electrode facing portion 145, and a connecting portion 147 connecting the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146. For example, nickel or nickel alloy. , Stainless steel, etc. The electrode facing portion 145 is in contact with the surface of the fuel pole 116 opposite to the side facing the electrolyte layer 112, and the interconnector facing portion 146 is on the surface of the interconnector 150 facing the fuel pole 116. Are in contact. However, as described above, since the power generation unit 102 located at the bottom of the fuel cell stack 100 does not have the lower interconnector 150, the interconnector facing portion 146 in the power generation unit 102 is the current collector plate 18. It is in contact with the surface. Since the fuel pole side current collector 144 has such a configuration, the fuel pole 116 and the interconnector 150 (or the current collector plate 18) are electrically connected. A spacer 149 formed of, for example, mica is arranged between the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146. Therefore, the fuel electrode side current collector 144 follows the deformation of the power generation unit 102 due to the temperature cycle and the reaction gas pressure fluctuation, and the electrical connection between the fuel electrode 116 and the interconnector 150 via the fuel electrode side current collector 144 is established. Well maintained. However, as described above, a current collector plate 18 is arranged instead of the interconnector 150 on the lower side of the power generation unit 102 located at the bottom of the fuel cell stack 100 (power generation block 103). 18 is electrically connected to the fuel pole 116 via the fuel pole side current collector 144. Therefore, the current collector plate 18 corresponds to a negative electrode member in the claims. Further, the second end plate 106 corresponds to the negative side conductive member in the claims. Further, the insulating material 57 arranged between the current collector plate 18 and the second end plate 106 corresponds to the negative side insulating member in the claims.

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135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の空気極側集電体134は、第1のエンドプレート104の表面に接触している。このように、空気極側集電体134は、空気極114とインターコネクタ150(または第1のエンドプレート104)とを電気的に接続する。ただし、上述したように、燃料電池スタック100(発電ブロック103)において最も上に位置する発電単位102の上側には、インターコネクタ150の代わりに第1のエンドプレート104が配置されており、第1のエンドプレート104が、空気極側集電体134を介して空気極114に電気的に接続される。したがって、第1のエンドプレート104は、特許請求の範囲におけるプラス極部材に相当する。また、ボルト22の一方の側(上側)に嵌められたナット24は、特許請求の範囲におけるプラス側導電性部材に相当する。また、第1のエンドプレート104と上側のナット24との間に配置されたシール材52は、特許請求の範囲におけるプラス側絶縁部材に相当する。 The air pole 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 square columnar current collector elements 135, and is formed 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 side facing the electrolyte layer 112 and the surface of the interconnector 150 on the side facing the air electrode 114. However, as described above, since the power generation unit 102 located at the top of the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150, the air electrode side current collector 134 of the power generation unit 102 has a first end. It is in contact with the surface of the plate 104. In this way, the air electrode side current collector 134 electrically connects the air electrode 114 and the interconnector 150 (or the first end plate 104). However, as described above, the first end plate 104 is arranged in place of the interconnector 150 on the upper side of the power generation unit 102 located at the top of the fuel cell stack 100 (power generation block 103), and the first end plate 104 is arranged. The end plate 104 of the above is electrically connected to the air electrode 114 via the air electrode side current collector 134. Therefore, the first end plate 104 corresponds to a positive electrode member in the claims. Further, the nut 24 fitted to one side (upper side) of the bolt 22 corresponds to the positive side conductive member in the claims. Further, the sealing material 52 arranged between the first end plate 104 and the upper nut 24 corresponds to the positive side insulating member in the claims.

A−2.各燃料電池スタック100の動作:
図3および図5に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド161の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続された酸化剤ガス導入管(図示せず)を介して酸化剤ガスOGが供給されると、酸化剤ガスOGは、ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して酸化剤ガス導入マニホールド161に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド161から各発電単位102の酸化剤ガス供給連通孔132を介して、空気室166に供給される。また、図4および図6に示すように、燃料ガス導入マニホールド171の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続された燃料ガス導入管60(図1参照)を介して燃料ガスFGが供給されると、燃料ガスFGは、ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して燃料ガス導入マニホールド171に供給され、燃料ガス導入マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給連通孔142を介して、燃料室176に供給される。
A-2. Operation of each fuel cell stack 100:
As shown in FIGS. 3 and 5, the oxidant gas is passed through an oxidant gas introduction pipe (not shown) connected to a branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas introduction manifold 161. When the OG is supplied, the oxidant gas OG is supplied to the oxidant gas introduction manifold 161 through the holes of the branch portion 29 and the main body portion 28 of the gas passage member 27, and each power generation unit is supplied from the oxidizer gas introduction manifold 161. It is supplied to the air chamber 166 through the oxidant gas supply communication hole 132 of 102. Further, as shown in FIGS. 4 and 6, the fuel gas is passed through the fuel gas introduction pipe 60 (see FIG. 1) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas introduction manifold 171. When the FG is supplied, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas introduction manifold 171 through the holes of the branch portion 29 and the main body portion 28 of the gas passage member 27, and the fuel of each power generation unit 102 is supplied from the fuel gas introduction manifold 171. It 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および燃料ガスFGの電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位102において、単セル110の空気極114は空気極側集電体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、出力端子として機能する第1のエンドプレート104の第1の突出部14と集電板18の第2の突出部16とから、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, power is generated by the electrochemical reaction of the oxidant gas OG and the fuel gas FG in the single cell 110. Will be. This power generation reaction is an exothermic reaction. In each power generation unit 102, the air pole 114 of the single cell 110 is electrically connected to one of the interconnectors 150 via the air pole side current collector 134, and the fuel pole 116 is via the fuel pole side current collector 144. It is electrically connected to the other interconnector 150. Further, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. Therefore, the electric energy generated in each power generation unit 102 is extracted from the first protruding portion 14 of the first end plate 104 and the second protruding portion 16 of the current collector plate 18 that function as output terminals. Since the SOFC generates electricity at a relatively high temperature (for example, 700 ° C. to 1000 ° C.), the fuel cell stack 100 is a heater (for example, after the start-up, until the high temperature can be maintained by the heat generated by the power generation. It may be heated by (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3および図5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に接続された酸化剤ガス排出管(図示せず)(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4および図6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に接続された燃料オフガス排出管70(図1参照)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。 As shown in FIGS. 3 and 5, 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, and further oxidized. Oxidizing agent gas discharge pipe (not shown) connected to the branch portion 29 through the holes of the main body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the agent gas discharge manifold 162 (not shown). ) To the outside of the fuel cell stack 100. Further, as shown in FIGS. 4 and 6, 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, and further, the fuel gas. The fuel cell stack is passed through the holes of the main body 28 and the branch 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the discharge manifold 172, and the fuel off gas discharge pipe 70 (see FIG. 1) connected to the branch 29. It is discharged to the outside of 100.

A−3.燃料電池システム10における電気的接続関係:
以下、4つの燃料電池スタック100のそれぞれについて、最も電位が高いものから順に、「第1の燃料電池スタック100A」、「第2の燃料電池スタック100B」、「第3の燃料電池スタック100C」、「第4の燃料電池スタック100D」という。
A-3. Electrical connection relationship in fuel cell system 10:
Hereinafter, for each of the four fuel cell stacks 100, in order from the one having the highest potential, "first fuel cell stack 100A", "second fuel cell stack 100B", "third fuel cell stack 100C", It is called "fourth fuel cell stack 100D".

図1に示すように、第1の燃料電池スタック100Aの集電板18と第2の燃料電池スタック100Bの第1のエンドプレート104とが第1の導電体L1を介して電気的に接続されており、第2の燃料電池スタック100Bの集電板18と第3の燃料電池スタック100Cの第1のエンドプレート104とが第2の導電体L2を介して電気的に接続されており、第3の燃料電池スタック100Cの集電板18と第4の燃料電池スタック100Dの第1のエンドプレート104とが第3の導電体L3を介して電気的に接続されている。これにより、第1の燃料電池スタック100Aと第2の燃料電池スタック100Bと第3の燃料電池スタック100Cと第4の燃料電池スタック100Dとのそれぞれに備えられた4つの発電ブロック103がこの順で電気的に直列に接続されている。4つの燃料電池スタック100の内、最高電位の第1の燃料電池スタック100Aが備える第1のエンドプレート104の第1の突出部14は、燃料電池システム10のプラス側の出力端子として機能する。また、最低電位の第4の燃料電池スタック100Dが備える集電板18の第2の突出部16は、燃料電池システム10のマイナス側の出力端子として機能する。 As shown in FIG. 1, the current collector plate 18 of the first fuel cell stack 100A and the first end plate 104 of the second fuel cell stack 100B are electrically connected via the first conductor L1. The current collector plate 18 of the second fuel cell stack 100B and the first end plate 104 of the third fuel cell stack 100C are electrically connected to each other via the second conductor L2. The current collector plate 18 of the fuel cell stack 100C of No. 3 and the first end plate 104 of the fourth fuel cell stack 100D are electrically connected via the third conductor L3. As a result, the four power generation blocks 103 provided in each of the first fuel cell stack 100A, the second fuel cell stack 100B, the third fuel cell stack 100C, and the fourth fuel cell stack 100D are in this order. They are electrically connected in series. Of the four fuel cell stacks 100, the first protruding portion 14 of the first end plate 104 included in the first fuel cell stack 100A having the highest potential functions as a positive output terminal of the fuel cell system 10. Further, the second protruding portion 16 of the current collector plate 18 included in the fourth fuel cell stack 100D having the lowest potential functions as an output terminal on the negative side of the fuel cell system 10.

燃料ガス導入管60は、各燃料電池スタック100の燃料ガス導入マニホールド171に燃料ガスFGを導入するための配管であり、例えばステンレス等の導電性材料により形成されている。具体的には、図1に示すように、燃料ガス導入管60は、例えば燃料電池スタック100の並び方向(X軸方向)に沿って延びる中空筒状の共通部62と、該共通部62の側面から分岐した中空筒状の複数の分岐部64とを含む。各分岐部64の孔は、共通部62の孔と連通している。各分岐部64における燃料電池スタック100側の先端は、各燃料電池スタック100の燃料ガス導入マニホールド171に連通するガス通路部材27に接続されている。 The fuel gas introduction pipe 60 is a pipe for introducing the fuel gas FG into the fuel gas introduction manifold 171 of each fuel cell stack 100, and is made of a conductive material such as stainless steel. Specifically, as shown in FIG. 1, the fuel gas introduction pipe 60 includes, for example, a hollow tubular common portion 62 extending along the arrangement direction (X-axis direction) of the fuel cell stack 100, and the common portion 62. Includes a plurality of hollow tubular branching portions 64 branched from the side surface. The holes of each branch portion 64 communicate with the holes of the common portion 62. The tip of each branch 64 on the fuel cell stack 100 side is connected to a gas passage member 27 communicating with the fuel gas introduction manifold 171 of each fuel cell stack 100.

燃料オフガス排出管70は、各燃料電池スタック100の燃料ガス導入マニホールド171から排出された燃料オフガスFOGを外部に排出するための配管であり、例えばステンレス等の導電性材料により形成されている。具体的には、図1に示すように、燃料オフガス排出管70は、例えば燃料電池スタック100の並び方向(X軸方向)に沿って延びる中空筒状の共通部72と、該共通部72の側面から分岐した中空筒状の複数の分岐部74とを含む。各分岐部74の孔は、共通部72の孔と連通している。各分岐部74における燃料電池スタック100側の先端は、各燃料電池スタック100の燃料ガス排出マニホールド172に連通するガス通路部材27に接続されている。 The fuel off-gas discharge pipe 70 is a pipe for discharging the fuel off-gas FOG discharged from the fuel gas introduction manifold 171 of each fuel cell stack 100 to the outside, and is made of a conductive material such as stainless steel. Specifically, as shown in FIG. 1, the fuel off-gas discharge pipe 70 includes, for example, a hollow tubular common portion 72 extending along the arrangement direction (X-axis direction) of the fuel cell stack 100, and the common portion 72. It includes a plurality of hollow tubular branch portions 74 branched from the side surface. The holes of each branch portion 74 communicate with the holes of the common portion 72. The tip of each branch 74 on the fuel cell stack 100 side is connected to a gas passage member 27 communicating with the fuel gas discharge manifold 172 of each fuel cell stack 100.

本実施形態では、第2の燃料電池スタック100Bの集電板18(以下、「特定集電板18T」という)と、第3の燃料電池スタック100Cの第1のエンドプレート104(以下、「特定エンドプレート104T」という)との間に接続された第2の導電体L2が、接続線L4を介して、燃料ガス導入管60に接続されており、該燃料ガス導入管60が接地されている。なお、例えば接続線L4の軸方向に直交する断面の面積が第2の導電体L2の軸方向に直交する断面の面積より小さいことによって、接続線L4の固有抵抗値が、第2の導電体L2の固有抵抗値より大きくなっている。このため、燃料電池システム10の正常な運転時では、接続線L4に電流がほとんど流れない。これにより、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとが、第2の導電体L2および燃料ガス導入管60を介して略ゼロ(V)に保持されている。また、接続線L4には、抵抗素子500が設けられている。抵抗素子500の抵抗値(100kΩ〜1MΩ程度)は、第2の導電体L2や接続線L4の固有抵抗値より大きい。これにより、例えば、第1の導電体L1や第3の導電体L3が燃料ガス導入管60に接触して短絡したときに、燃料電池スタック100に大電流が流れることを抑制することができる。なお、特定エンドプレート104Tは、特許請求の範囲における特定プラス極部材に相当し、特定集電板18Tは、特許請求の範囲における特定マイナス極部材に相当する。 In the present embodiment, the current collector plate 18 of the second fuel cell stack 100B (hereinafter, referred to as “specific current collector plate 18T”) and the first end plate 104 of the third fuel cell stack 100C (hereinafter, “specification”). The second conductor L2 connected to the end plate 104T) is connected to the fuel gas introduction pipe 60 via the connection line L4, and the fuel gas introduction pipe 60 is grounded. .. For example, the area of the cross section orthogonal to the axial direction of the connecting line L4 is smaller than the area of the cross section orthogonal to the axial direction of the second conductor L2, so that the specific resistance value of the connecting line L4 becomes the second conductor. It is larger than the intrinsic resistance value of L2. Therefore, during normal operation of the fuel cell system 10, almost no current flows through the connection line L4. As a result, the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T are held at substantially zero (V) via the second conductor L2 and the fuel gas introduction pipe 60. Further, the connection line L4 is provided with a resistance element 500. The resistance value of the resistance element 500 (about 100 kΩ to 1 MΩ) is larger than the natural resistance value of the second conductor L2 and the connecting wire L4. Thereby, for example, when the first conductor L1 or the third conductor L3 comes into contact with the fuel gas introduction pipe 60 and is short-circuited, it is possible to suppress a large current from flowing through the fuel cell stack 100. The specific end plate 104T corresponds to a specific positive pole member in the claims, and the specific current collector plate 18T corresponds to a specific negative pole member in the claims.

A−4.燃料電池システム10の最高電位差を小さくするための条件:
以下、特定集電板18Tおよび特定エンドプレート104Tが保持される電位を、「特定電位V1」という。また、4つの燃料電池スタック100のそれぞれに備えられた第1のエンドプレート104の電位の内の最高電位の第1のエンドプレート104(第1の燃料電池スタック100Aに備えられた第1のエンドプレート104)の電位を、以下、「燃料電池システム10の最高電位VH」といい、4つの燃料電池スタック100のそれぞれに備えられた4つの集電板18の内の最低電位の集電板18(第4の燃料電池スタック100Dに備えられた集電板18)の電位を、以下、「燃料電池システム10の最低電位VL」という。また、上側のナット24および第2のエンドプレート106の電位を、以下、「基準電位VG」という。また、燃料電池システム10全体の燃料電池スタック100の総数をk個とし、最高電位VHと特定電位V1との間に位置する燃料電池スタック100の数をh個とし、特定電位V1と最低電位VLとの間に位置する燃料電池スタック100の数をm個とする。なお、本実施形態では、上述したように、上側のナット24および第2のエンドプレート106は、燃料ガス導入管60等に電気的に接続されているため、基準電位VGはゼロ(V)に保持されている。
A-4. Conditions for reducing the maximum potential difference of the fuel cell system 10:
Hereinafter, the potential at which the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T are held is referred to as “specific potential V1”. Further, the first end plate 104 having the highest potential among the potentials of the first end plate 104 provided in each of the four fuel cell stacks 100 (the first end provided in the first fuel cell stack 100A). The potential of the plate 104) is hereinafter referred to as "the highest potential VH of the fuel cell system 10", and the lowest potential current collector plate 18 among the four current collector plates 18 provided in each of the four fuel cell stacks 100 The potential of (the current collector plate 18 provided in the fourth fuel cell stack 100D) is hereinafter referred to as "the lowest potential VL of the fuel cell system 10". Further, the potentials of the upper nut 24 and the second end plate 106 are hereinafter referred to as "reference potential VG". Further, the total number of fuel cell stacks 100 in the entire fuel cell system 10 is k, the number of fuel cell stacks 100 located between the maximum potential VH and the specific potential V1 is h, and the specific potential V1 and the minimum potential VL are defined. Let m be the number of fuel cell stacks 100 located between and. In the present embodiment, as described above, the upper nut 24 and the second end plate 106 are electrically connected to the fuel gas introduction pipe 60 and the like, so that the reference potential VG is set to zero (V). It is held.

本実施形態の100では、次の関係式(1)(2)に示される条件を満たす。
|「燃料電池システム10の最高電位VH(=V1+h・VS)」−「基準電位VG」|<|「システム電圧VA(=k・VS)」−「基準電位VG」|・・・(1)
|「燃料電池システム10の最低電位VL(=V1−m・VS)」−「基準電位VG」|<|「システム電圧VA」−「基準電位VG」|・・・(2)
なお、関係式(1)(2)における「システム電圧VA」は、未接続時の燃料電池システム10の最高電位VHを意味する。燃料電池システム10の最高電位VHは、特許請求の範囲における最高電位のプラス極部材の電位に相当し、燃料電池システム10の最低電位VLは、特許請求の範囲における最低電位のマイナス極部材の電位に相当する。また、基準電位VGは、特許請求の範囲におけるプラス側導電性部材の電位およびマイナス側導電性部材の電位に相当する。システム電圧VAは、特許請求の範囲における複数の電気化学反応セルスタックの合計電圧に相当する。
In 100 of this embodiment, the conditions shown in the following relational expressions (1) and (2) are satisfied.
| "Maximum potential VH (= V1 + h · VS) of fuel cell system 10"-"Reference potential VG" | <| "System voltage VA (= k · VS)"-"Reference potential VG" |
| "Minimum potential VL (= V1-m · VS) of fuel cell system 10"-"Reference potential VG" | <| "System voltage VA"-"Reference potential VG" |
The "system voltage VA" in the relational expressions (1) and (2) means the maximum potential VH of the fuel cell system 10 when not connected. The maximum potential VH of the fuel cell system 10 corresponds to the potential of the positive pole member having the highest potential in the claims, and the minimum potential VL of the fuel cell system 10 corresponds to the potential of the negative pole member having the lowest potential in the claims. Corresponds to. Further, the reference potential VG corresponds to the potential of the positive side conductive member and the potential of the negative side conductive member in the claims. The system voltage VA corresponds to the total voltage of the plurality of electrochemical reaction cell stacks in the claims.

関係式(1)は、最高電位の第1の燃料電池スタック100Aに備えられた第1のエンドプレート104と、該第1の燃料電池スタック100Aに備えられた上側のナット24との間の電位差(以下、「最高電位差」という)に関する条件を示す。すなわち、|「燃料電池システム10の最高電位VH」−「基準電位VG」|は、燃料電池システム10における最高電位差を意味する。|「システム電圧VA」−「基準電位VG」|は、特定集電板18Tおよび特定エンドプレート104Tが特定電位V1に保持されない場合における最高電位差(以下、「未接続時の最高電位差」という)を意味する。したがって、関係式(1)は、燃料電池システム10における最高電位差が、未接続時の最高電位差より小さいことを意味する。 The relational expression (1) is a potential difference between the first end plate 104 provided in the first fuel cell stack 100A having the highest potential and the upper nut 24 provided in the first fuel cell stack 100A. The conditions regarding (hereinafter referred to as "maximum potential difference") are shown. That is, | "maximum potential VH of the fuel cell system 10"-"reference potential VG" | means the maximum potential difference in the fuel cell system 10. | "System voltage VA"-"reference potential VG" | refers to the maximum potential difference (hereinafter referred to as "maximum potential difference when not connected") when the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T are not held at the specific potential V1. means. Therefore, the relational expression (1) means that the maximum potential difference in the fuel cell system 10 is smaller than the maximum potential difference when not connected.

次に、関係式(2)は、最低電位の第4の燃料電池スタック100Dに備えられた集電板18と、該第4の燃料電池スタック100Dに備えられた第2のエンドプレート106との間の電位差(以下、「最低電位差」という)に関する条件を示す。すなわち、|「燃料電池システム10の最低電位VL」−「基準電位VG」|は、燃料電池システム10における最低電位差を意味する。したがって、関係式(2)は、燃料電池システム10における最低電位差が、未接続時の最高電位差より小さいことを意味する。
なお、第2の燃料電池スタック100Bは、特許請求の範囲における第1の電気化学反応セルスタックに相当し、第3の燃料電池スタック100Cは、特許請求の範囲における第2の電気化学反応セルスタックに相当する。また、燃料ガス導入管60は、特許請求の範囲における管に相当し、第2の導電体L2と接続線L4とは、特許請求の範囲における導電体に相当する。
Next, the relational expression (2) is a combination of the current collector plate 18 provided in the fourth fuel cell stack 100D having the lowest potential and the second end plate 106 provided in the fourth fuel cell stack 100D. The conditions regarding the potential difference between them (hereinafter referred to as "minimum potential difference") are shown. That is, | "minimum potential VL of the fuel cell system 10"-"reference potential VG" | means the minimum potential difference in the fuel cell system 10. Therefore, the relational expression (2) means that the minimum potential difference in the fuel cell system 10 is smaller than the maximum potential difference when not connected.
The second fuel cell stack 100B corresponds to the first electrochemical reaction cell stack in the claims, and the third fuel cell stack 100C corresponds to the second electrochemical reaction cell stack in the claims. Corresponds to. Further, the fuel gas introduction pipe 60 corresponds to a pipe in the claims, and the second conductor L2 and the connecting line L4 correspond to the conductors in the claims.

図7は、比較例における燃料電池システム10Xの全体構成を示す説明図である。図7に示すように、比較例の燃料電池システム10Xは、第1から第3の導電体L1〜L3のいずれも所定電位に保持されておらず、燃料電池システム10の最低電位VLがゼロ(V)に保持されており、また、基準電位VGがゼロ(V)に保持されているものとする。比較例の燃料電池システム10Xでは、特定電位V1=+2・VS(V)(具体的には+40(V))であり、比較例の燃料電池システム10Xの最高電位VHは、+4・VS(V)(具体的には+80(V))である。したがって、比較例の燃料電池システム10Xにおける最高電位差は、4・VS(V)であり、未接続時の最高電位差(4・VS(V))と同じであり、上記関係式(1)を満たさない。なお、比較例の燃料電池システム10Xにおける最低電位差は、ゼロ(V)であり、上記関係式(2)を満たす。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing the overall configuration of the fuel cell system 10X in the comparative example. As shown in FIG. 7, in the fuel cell system 10X of the comparative example, none of the first to third conductors L1 to L3 is held at a predetermined potential, and the minimum potential VL of the fuel cell system 10 is zero ( It is assumed that it is held at V) and the reference potential VG is held at zero (V). In the fuel cell system 10X of the comparative example, the specific potential V1 = +2 · VS (V) (specifically +40 (V)), and the maximum potential VH of the fuel cell system 10X of the comparative example is +4 · VS (V). ) (Specifically, +80 (V)). Therefore, the maximum potential difference in the fuel cell system 10X of the comparative example is 4.VS (V), which is the same as the maximum potential difference (4.VS (V)) when not connected, and satisfies the above relational expression (1). do not have. The minimum potential difference in the fuel cell system 10X of the comparative example is zero (V) and satisfies the above relational expression (2).

一方、図1に示すように、本実施形態では、特定電位V1=特定エンドプレート104Tの電位V2=略0(V)であり、燃料電池システム10の最高電位VHは、+2・VS(V)(具体的には+40(V))である。したがって、燃料電池システム10における最高電位差は、2・VS(V)であり、未接続時の最高電位差(4・VS(V))より小さいため、上記関係式(1)を満たす。また、燃料電池システム10における最低電位差も2・VS(V)であり、上記関係式(2)を満たす。すなわち、本実施形態の燃料電池システム10によれば、比較例の燃料電池システム10Xに比べて、最高電位差が小さくなっており、かつ、最低電位差が未接続時の最高電位差より大きくなることが抑制されている。なお、図1の例では、特定電位V1が−40(V)より大きく、かつ、+40(V)より小さければ、上記関係式(1)(2)の両方を満たす。したがって、基準電位VGと特定電位V1とは互いに異なる電位に保持されていてもよい。例えば、基準電位VGがゼロ(V)に保持され、特定電位V1が+30(V)に保持されているとしてもよい。 On the other hand, as shown in FIG. 1, in the present embodiment, the specific potential V1 = the potential V2 of the specific end plate 104T = approximately 0 (V), and the maximum potential VH of the fuel cell system 10 is +2 · VS (V). (Specifically, it is +40 (V)). Therefore, the maximum potential difference in the fuel cell system 10 is 2.VS (V), which is smaller than the maximum potential difference (4.VS (V)) when not connected, and therefore satisfies the above relational expression (1). Further, the minimum potential difference in the fuel cell system 10 is also 2.VS (V), which satisfies the above relational expression (2). That is, according to the fuel cell system 10 of the present embodiment, the maximum potential difference is smaller than that of the fuel cell system 10X of the comparative example, and the minimum potential difference is suppressed to be larger than the maximum potential difference when not connected. Has been done. In the example of FIG. 1, if the specific potential V1 is larger than −40 (V) and smaller than +40 (V), both of the above relational expressions (1) and (2) are satisfied. Therefore, the reference potential VG and the specific potential V1 may be held at different potentials from each other. For example, the reference potential VG may be held at zero (V) and the specific potential V1 may be held at +30 (V).

A−5.本実施形態の効果:
本実施形態の燃料電池システム10では、第2の燃料電池スタック100Bに備えられた特定集電板18Tと、第3の燃料電池スタック100Cに備えられた特定エンドプレート104Tとが、第2の導電体L2等を介して特定電位V1に保持されている。そして、本実施形態の燃料電池システム10では、上述したように、上記関係式(1)が満たされる。このため、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとが特定電位V1に保持されない構成(上記比較例の燃料電池システム10X)に比べて、特定集電板18Tおよび特定エンドプレート104Tの電位がゼロ(V)に近くなるため、燃料電池システム10の最高電位VHを低くすることができる。また、燃料電池システム10の最高電位VHが低いため、燃料電池スタック100Aにおいて、第1のエンドプレート104と上側のナット24との電位差が大きくなることに起因してシール材52が破損されることが抑制され、また、第1のエンドプレート104と上側のナット24とが短絡することが抑制される。
A-5. Effect of this embodiment:
In the fuel cell system 10 of the present embodiment, the specific current collecting plate 18T provided in the second fuel cell stack 100B and the specific end plate 104T provided in the third fuel cell stack 100C are second conductive. It is held at a specific potential V1 via the body L2 or the like. Then, in the fuel cell system 10 of the present embodiment, as described above, the above relational expression (1) is satisfied. Therefore, the potentials of the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T are zero as compared with the configuration in which the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T are not held at the specific potential V1 (fuel cell system 10X in the above comparative example). Since it is close to (V), the maximum potential VH of the fuel cell system 10 can be lowered. Further, since the maximum potential VH of the fuel cell system 10 is low, the sealing material 52 is damaged due to the large potential difference between the first end plate 104 and the upper nut 24 in the fuel cell stack 100A. Is suppressed, and short-circuiting between the first end plate 104 and the upper nut 24 is suppressed.

また、本実施形態の燃料電池システム10によれば、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとが、各燃料電池スタック100に接続される導電性を有する燃料ガス導入管60に電気的に接続されることによって、特定電位V1に保持される。このため、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとを特定電位V1に保持するために専用の構成を別途要することなく、燃料電池システム10Xの最高電位VHを低くすることができる。 Further, according to the fuel cell system 10 of the present embodiment, the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T are electrically connected to the conductive fuel gas introduction pipe 60 connected to each fuel cell stack 100. By doing so, it is held at a specific potential V1. Therefore, the maximum potential VH of the fuel cell system 10X can be lowered without separately requiring a dedicated configuration for holding the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T at the specific potential V1.

また、本実施形態の燃料電池システム10によれば、特定電位V1に保持される2つの燃料電池スタック100は、4つの燃料電池スタック100において、発電ブロック103の直列接続における並び順で略真ん中に位置する第2の燃料電池スタック100Bおよび第3の燃料電池スタック100Cである。このため、特定電位V1に保持される2つの燃料電池スタック100が、例えば、第1の燃料電池スタック100Aと第2の燃料電池スタック100Bとであったり、第3の燃料電池スタック100Cと第4の燃料電池スタック100Dとであったりする構成に比べて、燃料電池システム10の最高電位VHを低くしつつ、燃料電池システム10の最低電位VLが低くなり過ぎることを効果的に抑制することができる。 Further, according to the fuel cell system 10 of the present embodiment, the two fuel cell stacks 100 held at the specific potential V1 are substantially in the middle of the four fuel cell stacks 100 in the order in which the power generation blocks 103 are connected in series. The second fuel cell stack 100B and the third fuel cell stack 100C are located. Therefore, the two fuel cell stacks 100 held at the specific potential V1 are, for example, the first fuel cell stack 100A and the second fuel cell stack 100B, or the third fuel cell stack 100C and the fourth. It is possible to effectively suppress that the minimum potential VL of the fuel cell system 10 becomes too low while lowering the maximum potential VH of the fuel cell system 10 as compared with the configuration of the fuel cell stack 100D of the above. ..

B.第2実施形態:
図8は、第2実施形態における燃料電池システム10Yの全体構成を示す説明図である。第2実施形態の燃料電池システム10Yは、上述した第1実施形態の燃料電池システム10に対して、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとを特定電位V1に保持するための構成が異なる。以下では、第2実施形態の燃料電池システム10Yの構成の内、第1実施形態の燃料電池システム10の構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。
B. Second embodiment:
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the overall configuration of the fuel cell system 10Y according to the second embodiment. The fuel cell system 10Y of the second embodiment has a different configuration for holding the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T at the specific potential V1 from the fuel cell system 10 of the first embodiment described above. In the following, among the configurations of the fuel cell system 10Y of the second embodiment, the same configurations as those of the fuel cell system 10 of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.

B−1.構成:
図8に示すように、第2実施形態の燃料電池システム10Yは、第1の燃料電池スタック100Aと第2の燃料電池スタック100Bとを備える。第1の燃料電池スタック100Aの集電板18(以下、「特定集電板18T」という)と、第2の燃料電池スタック100Bの第1のエンドプレート104(以下、「特定エンドプレート104T」という)とが、第1の導電体L1Yを介して、電気的に接続されている。これにより、第1の燃料電池スタック100Aと第2の燃料電池スタック100Bとのそれぞれに備えられた2つの発電ブロック103がこの順で電気的に直列に接続されている。また、燃料電池システム10Yでは、第1の燃料電池スタック100Aと第2の燃料電池スタック100Bとが、1つの断熱容器12Yにまとめて収容されている。断熱容器12Yは、例えばステンレスにより形成された筐体の内側面に断熱材が設けられた構成であり、導電性を有する筐体が接地されている。
B-1. Constitution:
As shown in FIG. 8, the fuel cell system 10Y of the second embodiment includes a first fuel cell stack 100A and a second fuel cell stack 100B. The current collector plate 18 of the first fuel cell stack 100A (hereinafter referred to as “specific current collector plate 18T”) and the first end plate 104 of the second fuel cell stack 100B (hereinafter referred to as “specific end plate 104T”). ) Are electrically connected via the first conductor L1Y. As a result, the two power generation blocks 103 provided in the first fuel cell stack 100A and the second fuel cell stack 100B are electrically connected in series in this order. Further, in the fuel cell system 10Y, the first fuel cell stack 100A and the second fuel cell stack 100B are collectively housed in one heat insulating container 12Y. The heat insulating container 12Y has a structure in which a heat insulating material is provided on the inner side surface of a housing made of, for example, stainless steel, and the conductive housing is grounded.

特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとの間に接続された第1の導電体L1Yが、接続線L2Yを介して、断熱容器12Yの筐体に電気的に接続されている。なお、例えば接続線L2Yの軸方向に直交する断面の面積が第1の導電体L1Yの軸方向に直交する断面の面積より小さいことによって、接続線L2Yの固有抵抗値が、第1の導電体L1Yの固有抵抗値より大きくなっている。このため、燃料電池システム10Yの正常な運転時では、接続線L2Yに電流がほとんど流れない。従って、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとの特定電位V1が、接続線L2Yおよび断熱容器12Yの筐体を介して略ゼロ(V)に保持されている。第1の導電体L1Yと接続線L2Yとは、特許請求の範囲における導電体に相当する。 The first conductor L1Y connected between the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T is electrically connected to the housing of the heat insulating container 12Y via the connection line L2Y. For example, the area of the cross section orthogonal to the axial direction of the connecting line L2Y is smaller than the area of the cross section orthogonal to the axial direction of the first conductor L1Y, so that the specific resistance value of the connecting line L2Y becomes the first conductor. It is larger than the intrinsic resistance value of L1Y. Therefore, during normal operation of the fuel cell system 10Y, almost no current flows through the connection line L2Y. Therefore, the specific potential V1 of the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T is held at substantially zero (V) via the housing of the connecting line L2Y and the heat insulating container 12Y. The first conductor L1Y and the connecting wire L2Y correspond to the conductors in the claims.

B−2.本実施形態の効果:
本実施形態の燃料電池システム10Yでは、特定電位V1=特定エンドプレート104Tの電位V2=略0(V)であり、最高電位差は2・VS(V)(具体的には20(V))である。したがって、燃料電池システム10Yについて、上述の第1実施形態における関係式(1)が満たされる。具体的には、燃料電池システム10Yの最高電位VH(最高電位の第1の燃料電池スタック100Aが備える第1のエンドプレート104の電位)は、+VS(V)(具体的には+20(V))であり、燃料電池システム10Yの最低電位VL(最低電位の第2の燃料電池スタック100Bに備えられた集電板18の電位)は、−VS(V)(具体的には−20(V))である。このため、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとが特定電位V1に保持されない構成に比べて、特定集電板18Tおよび特定エンドプレート104Tの電位がゼロ(V)に近くなるため、燃料電池システム10Yの最高電位VHを低くすることができ、最高電位差を小さくすることができる。
B-2. Effect of this embodiment:
In the fuel cell system 10Y of the present embodiment, the specific potential V1 = the potential V2 of the specific end plate 104T = approximately 0 (V), and the maximum potential difference is 2.VS (V) (specifically, 20 (V)). be. Therefore, for the fuel cell system 10Y, the relational expression (1) in the above-described first embodiment is satisfied. Specifically, the maximum potential VH of the fuel cell system 10Y (the potential of the first end plate 104 included in the first fuel cell stack 100A having the maximum potential) is + VS (V) (specifically, +20 (V)). ), And the lowest potential VL of the fuel cell system 10Y (the potential of the current collector plate 18 provided in the second fuel cell stack 100B of the lowest potential) is -VS (V) (specifically, -20 (V). )). Therefore, the potentials of the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T are closer to zero (V) as compared with the configuration in which the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T are not held at the specific potential V1, so that the fuel cell The maximum potential VH of the system 10Y can be lowered, and the maximum potential difference can be reduced.

また、燃料電池システム10Yによれば、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとが、第1の燃料電池スタック100Aと第2の燃料電池スタック100Bとを収容する導電性の筐体に電気的に接続されることによって、特定電位V1に保持される。このため、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとを特定電位V1に保持するために専用の構成を別途要することなく、燃料電池システム10Yの最高電位VHを低くすることができる。 Further, according to the fuel cell system 10Y, the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T are electrically connected to a conductive housing for accommodating the first fuel cell stack 100A and the second fuel cell stack 100B. By being connected to, it is held at a specific potential V1. Therefore, the maximum potential VH of the fuel cell system 10Y can be lowered without separately requiring a dedicated configuration for holding the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T at the specific potential V1.

B−3.第2実施形態の変形例:
図9は、第2実施形態の変形例における燃料電池システム10Zの全体構成を示す説明図である。本変形例の燃料電池システム10Zでは、第1の燃料電池スタック100Aが第1の断熱容器12Zに収容されており、第2の燃料電池スタック100Bが第2の断熱容器14Zに収容されている。第1の断熱容器12Zと第2の断熱容器14Zとは、例えばステンレスにより形成された筐体の内側面に断熱材が設けられた構成であり、導電性を有する筐体が接地されている。
B-3. Modification example of the second embodiment:
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the overall configuration of the fuel cell system 10Z in the modified example of the second embodiment. In the fuel cell system 10Z of the present modification, the first fuel cell stack 100A is housed in the first heat insulating container 12Z, and the second fuel cell stack 100B is housed in the second heat insulating container 14Z. The first heat insulating container 12Z and the second heat insulating container 14Z have a configuration in which a heat insulating material is provided on the inner surface of a housing made of, for example, stainless steel, and the conductive housing is grounded.

特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとの間に接続された第1の導電体L1Yが、接続線L2Zを介して、第1の断熱容器12Zの筐体に電気的に接続されている。なお、例えば接続線L2Zの軸方向に直交する断面の面積が第1の導電体L1Yの軸方向に直交する断面の面積より小さいことによって、接続線L2Zの固有抵抗値が、第1の導電体L1Yの固有抵抗値より大きくなっている。このため、燃料電池システム10Zの正常な運転時では、接続線L2Zに電流がほとんど流れない。従って、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとの特定電位V1が、接続線L2Zおよび断熱容器12Yの筐体を介して略ゼロ(V)に保持されている。第1の導電体L1Yと接続線L2Zとは、特許請求の範囲における導電体に相当する。なお、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとの間に接続された第1の導電体L1Yが、第2の断熱容器14Zの筐体に電気的に接続されるとしてもよい。 The first conductor L1Y connected between the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T is electrically connected to the housing of the first heat insulating container 12Z via the connection line L2Z. For example, the area of the cross section orthogonal to the axial direction of the connecting line L2Z is smaller than the area of the cross section orthogonal to the axial direction of the first conductor L1Y, so that the specific resistance value of the connecting line L2Z becomes the first conductor. It is larger than the intrinsic resistance value of L1Y. Therefore, during normal operation of the fuel cell system 10Z, almost no current flows through the connection line L2Z. Therefore, the specific potential V1 of the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T is held at substantially zero (V) via the connection line L2Z and the housing of the heat insulating container 12Y. The first conductor L1Y and the connecting wire L2Z correspond to the conductors in the claims. The first conductor L1Y connected between the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T may be electrically connected to the housing of the second heat insulating container 14Z.

本変形例の燃料電池システム10Zによれば、上述の燃料電池システム10Yと同様、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとが特定電位V1に保持されない構成に比べて、特定集電板18Tおよび特定エンドプレート104Tの電位がゼロ(V)に近くなるため、燃料電池システム10Zの最高電位VHを低くすることができる。また、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとを特定電位V1に保持するために専用の構成を別途要することなく、燃料電池システム10Zの最高電位VHを低くすることができる。 According to the fuel cell system 10Z of the present modification, as in the fuel cell system 10Y described above, the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T are not held at the specific potential V1 as compared with the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T. Since the potential of the specific end plate 104T is close to zero (V), the maximum potential VH of the fuel cell system 10Z can be lowered. Further, the maximum potential VH of the fuel cell system 10Z can be lowered without separately requiring a special configuration for holding the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T at the specific potential V1.

C.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。
C. Modification example:
The technique disclosed in the present specification is not limited to the above-described embodiment, and can be transformed into various forms without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are also possible.

上記第1実施形態において、燃料電池システム10に備えられた燃料電池スタック100の個数は4つであったが、2つ、3つ、或いは、5つ以上であるとしてもよい。燃料電池スタック100の個数が6つ以上である場合、特定電位に保持される2つの燃料電池スタック100(第1の電気化学反応セルスタックおよび第2の電気化学反応セルスタック)は、特定セルスタック群に含まれることが好ましい。特定セルスタック群は、例えば燃料電池スタック100の個数が6つである場合、6つの燃料電池スタック100の内、発電ブロック103の直列接続における並び順で、真ん中に位置する1つまたは2つの燃料電池スタック100を含み、かつ、並び順が連続する、全個数の(1/3)以下の個数(2つ)分の燃料電池スタック100である。これにより、特定電位に保持される2つの燃料電池スタック100が特定セルスタック群に含まれない場合に比べて、燃料電池システム10の最高電位VHを低くしつつ、燃料電池システム10の最低電位VLが低くなり過ぎることを抑制することができる。 In the first embodiment, the number of fuel cell stacks 100 provided in the fuel cell system 10 is four, but it may be two, three, or five or more. When the number of fuel cell stacks 100 is 6 or more, the two fuel cell stacks 100 (first electrochemical reaction cell stack and second electrochemical reaction cell stack) held at a specific potential are specified cell stacks. It is preferably included in the group. In the specific cell stack group, for example, when the number of fuel cell stacks 100 is 6, one or two fuels located in the center of the six fuel cell stacks 100 in the order in which the power generation blocks 103 are connected in series. The fuel cell stacks 100 include the battery stacks 100, and the order of arrangement is continuous, for the number (2) of the total number (1/3) or less. As a result, the maximum potential VH of the fuel cell system 10 is lowered and the minimum potential VL of the fuel cell system 10 is lowered as compared with the case where the two fuel cell stacks 100 held at the specific potentials are not included in the specific cell stack group. Can be suppressed from becoming too low.

上記第1実施形態において、燃料電池スタック100の個数が奇数個(5つ以上)である場合、特定電位に保持される2つの燃料電池スタック100(第1の電気化学反応セルスタックおよび第2の電気化学反応セルスタック)は、直列接続における並び順で、真ん中に位置する一の燃料電池スタック100と、該一の燃料電池スタック100の前または後ろの並び順である他の燃料電池スタック100であることが好ましい。これにより、特定電位に保持される2つの燃料電池スタック100が、略真ん中に位置しない構成に比べて、燃料電池システム10の最高電位VHを低くしつつ、燃料電池システム10の最低電位VLが低くなり過ぎることを抑制することができる。 In the first embodiment, when the number of the fuel cell stacks 100 is an odd number (five or more), the two fuel cell stacks 100 (the first electrochemical reaction cell stack and the second electrochemical reaction cell stack) are held at a specific potential. The electrochemical reaction cell stack) is composed of one fuel cell stack 100 located in the center and another fuel cell stack 100 which is arranged in front of or behind the one fuel cell stack 100 in the order in which they are connected in series. It is preferable to have. As a result, the minimum potential VL of the fuel cell system 10 is lower while lowering the maximum potential VH of the fuel cell system 10 as compared with the configuration in which the two fuel cell stacks 100 held at the specific potentials are not located substantially in the center. It is possible to prevent it from becoming too much.

上記第1実施形態において、第2の燃料電池スタック100Bと第3の燃料電池スタック100Cとを直列に接続する第2の導電体L2とは別の導電体によって、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとが燃料ガス導入管60に接続されるとしてもよい。また、上記第1実施形態では、燃料ガス導入管60が接地されているとしたが、上記関係式(1)が満たされる限りにおいて、燃料ガス導入管60は接地されていなくてもよい。また、4つの燃料電池スタックのそれぞれに備えられた集電板18と第1のエンドプレート104とが、導電体L1〜L3を介して接続されるとしたが、集電板18と第1のエンドプレート104とが締結部材等(図示せず)によって直接連結されることによって電気的に接続されているとしてもよい。また、上記第2実施形態においても、上記関係式(1)が満たされる限りにおいて、断熱容器12Yや第1の断熱容器12Zは接地されていなくてもよい。 In the first embodiment, the specific current collector plate 18T and the specific end are provided by a conductor different from the second conductor L2 that connects the second fuel cell stack 100B and the third fuel cell stack 100C in series. The plate 104T may be connected to the fuel gas introduction pipe 60. Further, in the first embodiment, it is assumed that the fuel gas introduction pipe 60 is grounded, but the fuel gas introduction pipe 60 may not be grounded as long as the above relational expression (1) is satisfied. Further, it is said that the current collector plate 18 and the first end plate 104 provided in each of the four fuel cell stacks are connected via the conductors L1 to L3, but the current collector plate 18 and the first end plate 104 The end plate 104 may be electrically connected by being directly connected by a fastening member or the like (not shown). Further, also in the second embodiment, the heat insulating container 12Y and the first heat insulating container 12Z may not be grounded as long as the above relational expression (1) is satisfied.

また、上記第1実施形態において、第2の導電体L2は、接続線L4を介して燃料ガス導入管60に接続されているとしたが、第2の導電体L2は、接続線L4を介さずに、燃料ガス導入管60に接続されているとしてもよい。また、第2の導電体L2ではなく、第1の導電体L1または第3の導電体L3が、燃料ガス導入管60等に接続されることによって、特定電位V1に保持されるとしてもよい。また、上記第1実施形態において、接続線L4に抵抗素子500が設けられていなくてもよい。 Further, in the first embodiment, the second conductor L2 is connected to the fuel gas introduction pipe 60 via the connecting line L4, but the second conductor L2 is connected to the fuel gas introduction pipe 60 via the connecting line L4. Instead, it may be connected to the fuel gas introduction pipe 60. Further, instead of the second conductor L2, the first conductor L1 or the third conductor L3 may be held at the specific potential V1 by being connected to the fuel gas introduction pipe 60 or the like. Further, in the first embodiment, the resistance element 500 may not be provided on the connection line L4.

上記第1実施形態において、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとは、燃料ガス導入管60に限らず、燃料オフガス排出管70、酸化剤ガス導入管や酸化剤オフガス排出管に電気的に接続されることによって、特定電位V1に保持されるとしてもよい。要するに、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとは、燃料電池スタック100において空気極114に面する空気室166と燃料極116に面する燃料室176とのいずれかに連通するガス管に電気的に接続されていればよい。さらに、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとは、上記ガス管に限らず、ガス管以外の導電性の管に接続されるとしてもよい。 In the first embodiment, the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T are not limited to the fuel gas introduction pipe 60, but are electrically connected to the fuel off gas discharge pipe 70, the oxidant gas introduction pipe, and the oxidant off gas discharge pipe. By being connected, it may be held at a specific potential V1. In short, the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T are connected to a gas pipe communicating with either the air chamber 166 facing the air electrode 114 or the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116 in the fuel cell stack 100. It suffices if they are connected to each other. Further, the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T may be connected not only to the above gas pipe but also to a conductive pipe other than the gas pipe.

上記実施形態において、特定電位V1および基準電位VGは、略ゼロ(V)であるとしたが、上記関係式(1)(2)が満たされる限りにおいて、略ゼロ(V)でなくてもよい。例えば、図7に示す比較例の燃料電池システム10Xにおいて、基準電位VGが+30(V)であるとする。そうすると、最高電位VHは、+80(V)であり、第2のエンドプレート106に電気的に接続されている上側のナット24(プラス側導電性部材)は略+30(V)であり、最高電位差は、50(V)であり、未接続時の最高電位差と同じであり、上記関係式(1)を満たさない。一方、図1に示す本実施形態における燃料電池システム10において、基準電位VGは+30(V)であるとする。そうすると、特定電位V1も+30(V)であり、最高電位VHは+70(V)である。その結果、燃料電池システム10における最高電位差は、40(V)であり、未接続時の最高電位差より小さいため、上記関係式(1)を満たす。また、燃料電池システム10における最低電位差は10(V)であり、上記関係式(2)を満たす。すなわち、本変形例の燃料電池システム10によれば、比較例の燃料電池システム10Xに比べて、最高電位差が小さくなっており、かつ、最低電位差が未接続時の最高電位差より大きくなることが抑制されている。なお、本変形例では、特定電位V1が+20(V)より大きく、かつ、+40(V)より小さければ、上記関係式(1)(2)の両方を満たす。 In the above embodiment, the specific potential V1 and the reference potential VG are assumed to be substantially zero (V), but as long as the above relational expressions (1) and (2) are satisfied, they may not be substantially zero (V). .. For example, in the fuel cell system 10X of the comparative example shown in FIG. 7, the reference potential VG is assumed to be +30 (V). Then, the maximum potential VH is +80 (V), and the upper nut 24 (positive side conductive member) electrically connected to the second end plate 106 is approximately +30 (V), and the maximum potential difference is Is 50 (V), which is the same as the maximum potential difference when not connected, and does not satisfy the above relational expression (1). On the other hand, in the fuel cell system 10 of the present embodiment shown in FIG. 1, the reference potential VG is assumed to be +30 (V). Then, the specific potential V1 is also +30 (V), and the maximum potential VH is +70 (V). As a result, the maximum potential difference in the fuel cell system 10 is 40 (V), which is smaller than the maximum potential difference when not connected, and therefore satisfies the above relational expression (1). Further, the minimum potential difference in the fuel cell system 10 is 10 (V), which satisfies the above relational expression (2). That is, according to the fuel cell system 10 of the present modification, the maximum potential difference is smaller than that of the fuel cell system 10X of the comparative example, and the minimum potential difference is suppressed to be larger than the maximum potential difference when not connected. Has been done. In this modification, if the specific potential V1 is larger than +20 (V) and smaller than +40 (V), both the above relational expressions (1) and (2) are satisfied.

上記第1実施形態の燃料電池システム10において、特定電位V1に保持される2つの燃料電池スタック100は、第1の燃料電池スタック100Aと第2の燃料電池スタック100Bとであったり、第3の燃料電池スタック100Cと第4の燃料電池スタック100Dとであったりする構成でもよい。これらの構成であっても、燃料電池システム10の最高電位VHを低くすることができる。 In the fuel cell system 10 of the first embodiment, the two fuel cell stacks 100 held at the specific potential V1 are the first fuel cell stack 100A and the second fuel cell stack 100B, or a third fuel cell stack 100B. The fuel cell stack 100C and the fourth fuel cell stack 100D may be configured. Even with these configurations, the maximum potential VH of the fuel cell system 10 can be lowered.

上記第1実施形態において、各燃料電池スタック100では、燃料ガス導入管60が、第2のエンドプレート106に電気的に接続されるとともに、ガス通路部材27、下側のナット24およびボルト22を介して、上側のナット24に電気的に接続される構成でもよい。このような構成では、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとは、燃料ガス導入管60等の導電体を介して、第2の燃料電池スタック100Bに備えられた第2のエンドプレート106に電気的に接続されている。これにより、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとが第2の燃料電池スタック100Bに備えられた第2のエンドプレート106に電気的に接続されていない構成に比べて、第2の燃料電池スタック100Bにおいて、集電板18と第2のエンドプレート106との電位差が小さくなるため、集電板18と第2のエンドプレート106とがショートすることを抑制することができる。また、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとは、燃料ガス導入管60等の導電体を介して、第3の燃料電池スタック100Cに備えられた上側のナット24に電気的に接続されている。これにより、特定集電板18Tと特定エンドプレート104Tとが第3の燃料電池スタック100Cに備えられた上側のナット24に電気的に接続されていない構成に比べて、第3の燃料電池スタック100Cにおいて、第1のエンドプレート104と上側のナット24との電位差が小さくなるため、第1のエンドプレート104と上側のナット24とがショートすることを抑制することができる。 In the first embodiment, in each fuel cell stack 100, the fuel gas introduction pipe 60 is electrically connected to the second end plate 106, and the gas passage member 27, the lower nut 24, and the bolt 22 are connected. It may be configured to be electrically connected to the upper nut 24 via the structure. In such a configuration, the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T are attached to the second end plate 106 provided in the second fuel cell stack 100B via a conductor such as the fuel gas introduction pipe 60. It is electrically connected. As a result, the second fuel cell is compared with a configuration in which the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T are not electrically connected to the second end plate 106 provided in the second fuel cell stack 100B. In the stack 100B, since the potential difference between the current collector plate 18 and the second end plate 106 becomes smaller, it is possible to prevent the current collector plate 18 and the second end plate 106 from short-circuiting. Further, the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T are electrically connected to the upper nut 24 provided in the third fuel cell stack 100C via a conductor such as a fuel gas introduction pipe 60. There is. As a result, the third fuel cell stack 100C is compared with the configuration in which the specific current collector plate 18T and the specific end plate 104T are not electrically connected to the upper nut 24 provided in the third fuel cell stack 100C. Since the potential difference between the first end plate 104 and the upper nut 24 becomes smaller, it is possible to prevent the first end plate 104 and the upper nut 24 from short-circuiting.

本明細書において、「出力電圧は略同一」「略同電位」は、電圧または電位が、必ずしも完全に同一である場合だけに限定されず、±5%(平均20(V)の場合、±1(V)に相当)以下の誤差がある場合も含まれる。 In the present specification, "output voltage is substantially the same" and "substantially the same potential" are not limited to the case where the voltage or potential is not necessarily completely the same, but ± 5% (when the average is 20 (V), ± It also includes cases where there is an error of 1 (V) or less).

上記実施形態では、各燃料電池スタック100において、第1のエンドプレート104と上側のナット24とがシール材52を介して絶縁された構成であったが、発電ブロック103と第1のエンドプレート104との間に、別途、ターミナルプレートが備えられ、第1のエンドプレート104とターミナルプレートとの間にガラスが配置された構成でもよい。このような構成の燃料電池システムでも、本発明を適用することにより、燃料電池システムの最高電位を低くすることができる。また、燃料電池システムの最高電位が低いため、第1のエンドプレート104とターミナルプレートとの電位差が大きくなることに起因して絶縁部材が破損されることが抑制され、また、第1のエンドプレート104とターミナルプレートとが短絡することが抑制される。 In the above embodiment, in each fuel cell stack 100, the first end plate 104 and the upper nut 24 are insulated via the sealing material 52, but the power generation block 103 and the first end plate 104 A terminal plate may be separately provided between the first end plate 104 and the glass may be arranged between the first end plate 104 and the terminal plate. Even in a fuel cell system having such a configuration, the maximum potential of the fuel cell system can be lowered by applying the present invention. Further, since the maximum potential of the fuel cell system is low, it is possible to prevent the insulating member from being damaged due to the large potential difference between the first end plate 104 and the terminal plate, and the first end plate. The short circuit between the 104 and the terminal plate is suppressed.

また、上記実施形態では、燃料電池スタック100は複数の平板形の単セル110が積層された構成であるが、本発明は、他の構成、例えば国際公開第2012/165409号に記載されているように、複数の略円筒形の燃料電池単セルが直列に接続された構成にも同様に適用可能である。 Further, in the above embodiment, the fuel cell stack 100 has a configuration in which a plurality of flat plate-shaped single cells 110 are laminated, but the present invention is described in another configuration, for example, International Publication No. 2012/1655409. As described above, the same applies to a configuration in which a plurality of substantially cylindrical fuel cell single cells are connected in series.

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電解セル(SOEC)の構成単位である電解単セルや、複数の電解単セル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号公報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、単セル110を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極114がプラス(陽極)で燃料極116がマイナス(陰極)となるように両電極間に電圧が印加されると共に、貫通孔108を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解単セルにおいて水の電気分解反応が起こり、燃料室176で水素ガスが発生し、貫通孔108を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解単セルにおいても、本発明を適用することにより、スタック接続体の最高電位を低くすることができる。 Further, in the above embodiment, the SOFC that generates power by utilizing the electrochemical reaction between hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the oxidizing agent gas is targeted, but the present invention comprises an electrolysis reaction of water. It is also applicable to an electrolytic single cell, which is a constituent unit of a solid oxide fuel cell (SOEC) that uses it to generate hydrogen, and an electrolytic cell stack including a plurality of electrolytic single cells. The configuration of the electrolytic cell stack is not described in detail here because it is known as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-81813, but is generally the same as the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment. It is the composition of. That is, the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment may be read as an electrolytic cell stack, the power generation unit 102 may be read as an electrolytic cell unit, and the single cell 110 may be read as an electrolytic cell. However, during the operation of the electrolytic cell stack, a voltage is applied between both electrodes so that the air electrode 114 is positive (anode) and the fuel electrode 116 is negative (cathode), and the voltage is applied through the through hole 108. Water vapor as a raw material gas is supplied. As a result, an electrolysis reaction of water occurs in each electrolytic cell, hydrogen gas is generated in the fuel chamber 176, and hydrogen is taken out of the electrolytic cell stack through the through hole 108. By applying the present invention, the maximum potential of the stack connector can be lowered even in an electrolytic single cell having such a configuration.

また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池(SOFC)を例に説明したが、本発明は、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)といった他のタイプの燃料電池(または電解セル)にも適用可能である。 Further, in the above embodiment, the solid oxide fuel cell (SOFC) has been described as an example, but the present invention also applies to other types of fuel cells (or electrolytic cells) such as the molten carbonate fuel cell (MCFC). Applicable.

10,10X,10Y,10Z:燃料電池システム 12Y:断熱容器 12Z:第1の断熱容器 14:第1の突出部 14Z:第2の断熱容器 16:第2の突出部 18:集電板 18T:特定集電板 22:ボルト 24:ナット 27:ガス通路部材 28:本体部 29:分岐部 52:シール材 53:シール材 57:絶縁材 60:燃料ガス導入管 62:共通部 64:分岐部 70:燃料オフガス排出管 72:共通部 74:分岐部 100,100A,100B,100C,100D:燃料電池スタック 102:発電単位 103:発電ブロック 104,106:エンドプレート 104T:特定エンドプレート 108:貫通孔 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 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 135:集電体要素 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:電極対向部 146:インターコネクタ対向部 147:連接部 149:スペーサー 150:インターコネクタ 161:酸化剤ガス導入マニホールド 162:酸化剤ガス排出マニホールド 166:空気室 171:燃料ガス導入マニホールド 172:燃料ガス排出マニホールド 176:燃料室 500:抵抗素子 FG:燃料ガス FOG:燃料オフガス L1,L1Y:第1の導電体 L2:第2の導電体 L2Y,L2Z,L4:接続線 L3:第3の導電体 OG:酸化剤ガス OOG:酸化剤オフガス V1:特定電位 V2:電位 VA:システム電圧 VG:基準電位 VH:最高電位 VL:最低電位 VS:スタック電圧 10, 10X, 10Y, 10Z: Fuel cell system 12Y: Insulation container 12Z: First insulation container 14: First protrusion 14Z: Second insulation container 16: Second protrusion 18: Current collector plate 18T: Specified current collector 22: Bolt 24: Nut 27: Gas passage member 28: Main body 29: Branch 52: Sealing material 53: Sealing material 57: Insulating material 60: Fuel gas introduction pipe 62: Common part 64: Branching part 70 : Fuel off gas discharge pipe 72: Common part 74: Branch part 100, 100A, 100B, 100C, 100D: Fuel cell stack 102: Power generation unit 103: Power generation block 104, 106: End plate 104T: Specific end plate 108: Through hole 110 : Single cell 112: Electrolyte layer 114: Air pole 116: Fuel pole 120: Separator 121: Hole 130: Air pole side frame 131: Hole 132: Oxidizing agent gas supply communication hole 133: Oxidizing agent gas discharge communication hole 134: Air electrode Side current collector 135: Current collector element 140: Fuel pole side frame 141: Hole 142: Fuel gas supply communication hole 143: Fuel gas discharge communication hole 144: Fuel pole side current collector 145: Electrode facing part 146: Interconnector Opposing part 147: Connecting part 149: Spacer 150: Interconnector 161: Oxidizing agent gas introduction manifold 162: Oxidizing agent gas discharge manifold 166: Air chamber 171: Fuel gas introduction manifold 172: Fuel gas discharge manifold 176: Fuel chamber 500: Resistance Element FG: Fuel gas FOG: Fuel off gas L1, L1Y: First conductor L2: Second conductor L2Y, L2Z, L4: Connection line L3: Third conductor OG: Oxidizing agent gas OOG: Oxidizing agent off gas V1: Specific potential V2: Potential VA: System voltage VG: Reference potential VH: Maximum potential VL: Minimum potential VS: Stack voltage

Claims (5)

複数の電気化学反応セルスタックを備えるスタック接続体であって、
各前記電気化学反応セルスタックは、
電解質層と空気極と燃料極とをそれぞれ含む単セルが、第1の方向に複数並べて配置されたセルブロックと、
前記セルブロックに対して、前記第1の方向の一方側に配置され、前記空気極に電気的に接続されるプラス極部材と、
前記プラス極部材に対して前記セルブロックとは反対側に配置され、導電性を有するプラス側導電性部材と、
前記プラス極部材と前記プラス側導電性部材との間に配置され、絶縁性を有するプラス側絶縁部材と、
前記第1の方向の他方側に配置され、前記燃料極に電気的に接続されるマイナス極部材と、
前記マイナス極部材に対して前記セルブロックとは反対側に配置され、導電性を有し、前記プラス側導電性部材に電気的に接続されるマイナス側導電性部材と、
前記マイナス極部材と前記マイナス側導電性部材との間に配置され、絶縁性を有するマイナス側絶縁部材と、
を備えており、
前記複数の電気化学反応セルスタックのそれぞれに備えられた複数の前記セルブロックが電気的に直列に接続されるとともに、前記複数の電気化学反応セルスタックのそれぞれに備えられた前記マイナス側導電性部材が互いに電気的に接続されるスタック接続体において、
前記複数の電気化学反応セルスタックの内、第1の電気化学反応セルスタックに備えられた前記マイナス極部材である特定マイナス極部材と、第2の電気化学反応セルスタックに備えられ、前記特定マイナス極部材に電気的に接続される前記プラス極部材である特定プラス極部材とが導電体を介して特定電位に保持されることにより、
前記特定電位に、最高電位の前記プラス極部材と前記特定マイナス極部材との電位差を加算した電位が、前記最高電位の前記プラス極部材の電位とされ、
前記特定電位から、前記特定プラス極部材と最低電位の前記マイナス極部材との電位差を減算した電位が、前記最低電位の前記マイナス極部材の電位とされており、
前記最高電位の前記プラス極部材の電位と前記プラス側導電性部材の電位との差の絶対値は、前記複数の電気化学反応セルスタックの合計電圧と前記プラス側導電性部材の電位との差の絶対値より小さく、
かつ、前記最低電位の前記マイナス極部材の電位と前記マイナス側導電性部材の電位との差の絶対値は、前記複数の電気化学反応セルスタックの合計電圧と前記マイナス側導電性部材の電位との差の絶対値より小さいことを特徴とする、スタック接続体。
A stack connector with multiple electrochemical reaction cell stacks
Each of the electrochemical reaction cell stacks
A cell block in which a plurality of single cells including an electrolyte layer, an air electrode, and a fuel electrode are arranged side by side in the first direction, and
A positive pole member arranged on one side of the first direction with respect to the cell block and electrically connected to the air pole.
A positive-side conductive member arranged on the opposite side of the positive pole member from the cell block and having conductivity, and a positive-side conductive member.
A positive insulating member arranged between the positive electrode member and the positive conductive member and having an insulating property,
A negative pole member arranged on the other side of the first direction and electrically connected to the fuel pole,
A negative conductive member which is arranged on the opposite side of the cell block with respect to the negative electrode member, has conductivity, and is electrically connected to the positive conductive member.
A negative-side insulating member arranged between the negative-pole member and the negative-side conductive member and having an insulating property,
Is equipped with
A plurality of the cell blocks provided in each of the plurality of electrochemical reaction cell stacks are electrically connected in series, and the negative side conductive member provided in each of the plurality of electrochemical reaction cell stacks. In stack connections where are electrically connected to each other
Among the plurality of electrochemical reaction cell stacks, the specific negative electrode member which is the negative electrode member provided in the first electrochemical reaction cell stack and the specific negative electrode member provided in the second electrochemical reaction cell stack are provided. By holding the specific positive pole member, which is the positive pole member electrically connected to the pole member, at a specific potential via a conductor,
The potential obtained by adding the potential difference between the positive pole member and the specific negative pole member at the highest potential to the specific potential is defined as the potential of the positive pole member at the highest potential.
The potential obtained by subtracting the potential difference between the specific positive pole member and the negative pole member having the lowest potential from the specific potential is defined as the potential of the negative pole member having the lowest potential.
The absolute value of the difference between the potential of the positive electrode member and the potential of the positive conductive member having the highest potential is the difference between the total voltage of the plurality of electrochemical reaction cell stacks and the potential of the positive conductive member. Less than the absolute value of
The absolute value of the difference between the potential of the negative pole member and the potential of the negative conductive member at the lowest potential is the total voltage of the plurality of electrochemical reaction cell stacks and the potential of the negative conductive member. A stack connector characterized by being less than the absolute value of the difference between.
請求項1に記載のスタック接続体において、さらに、
前記各電気化学反応セルスタックに接続される導電性の管を備え、
前記特定マイナス極部材と前記特定プラス極部材とは、前記導電体を介して前記管に電気的に接続されることによって前記特定電位に保持されていることを特徴とする、スタック接続体。
In the stack connector according to claim 1, further
A conductive tube connected to each of the electrochemical reaction cell stacks is provided.
A stack connection body characterized in that the specific negative pole member and the specific positive pole member are held at the specific potential by being electrically connected to the tube via the conductor.
請求項1または請求項2に記載のスタック接続体において、
前記スタック接続体は、さらに、
前記複数の電気化学反応セルスタックの少なくとも1つを収容する導電性の筐体を備え、
前記特定マイナス極部材と前記特定プラス極部材とは、前記導電体を介して前記筐体に電気的に接続されることによって前記特定電位に保持されていることを特徴とする、スタック接続体。
In the stack connector according to claim 1 or 2.
The stack connector further
It comprises a conductive housing that houses at least one of the plurality of electrochemical reaction cell stacks.
A stack connection body characterized in that the specific negative pole member and the specific positive pole member are held at the specific potential by being electrically connected to the housing via the conductor.
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のスタック接続体において、
前記複数の電気化学反応セルスタックの全個数は、6つ以上であり、
前記複数の電気化学反応セルスタックの内、前記セルブロックの直列接続における並び順で、真ん中に位置する1つまたは2つの前記電気化学反応セルスタックを含み、且つ、前記並び順が連続する、全個数の1/3以下の複数の前記電気化学反応セルスタックを、特定セルスタック群とするとき、
前記第1の電気化学反応セルスタックおよび前記第2の電気化学反応セルスタックは、前記特定セルスタック群に含まれることを特徴とする、スタック接続体。
In the stack connection according to any one of claims 1 to 3,
The total number of the plurality of electrochemical reaction cell stacks is 6 or more.
Among the plurality of electrochemical reaction cell stacks, the order in which the cell blocks are connected in series includes one or two the electrochemical reaction cell stacks located in the middle, and the order is continuous. When a plurality of the electrochemical reaction cell stacks of 1/3 or less of the number are used as a specific cell stack group,
A stack connector, wherein the first electrochemical reaction cell stack and the second electrochemical reaction cell stack are included in the specific cell stack group.
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のスタック接続体において、
前記複数の電気化学反応セルスタックの全個数が4以上の偶数個である場合、前記第1の電気化学反応セルスタックおよび前記第2の電気化学反応セルスタックは、前記セルブロックの直列接続における並び順で、真ん中に位置する一対の電気化学反応セルスタックであり、
前記複数の電気化学反応セルスタックの全個数が5以上の奇数個である場合、前記第1の電気化学反応セルスタックおよび前記第2の電気化学反応セルスタックは、直列接続における並び順で、真ん中に位置する一の電気化学反応セルスタックと、前記一の電気化学反応セルスタックの前または後ろの並び順である他の電気化学反応セルスタックとであることを特徴とする、スタック接続体。
In the stack connection according to any one of claims 1 to 3,
When the total number of the plurality of electrochemical reaction cell stacks is an even number of 4 or more, the first electrochemical reaction cell stack and the second electrochemical reaction cell stack are arranged in series connection of the cell blocks. In order, a pair of electrochemical reaction cell stacks located in the middle,
When the total number of the plurality of electrochemical reaction cell stacks is an odd number of 5 or more, the first electrochemical reaction cell stack and the second electrochemical reaction cell stack are in the middle in the order in which they are connected in series. A stack connector, characterized in that it is one electrochemical reaction cell stack located in, and another electrochemical reaction cell stack in the order of front or back of the one electrochemical reaction cell stack.
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