JP4337587B2 - Interconnector and fuel cell stack - Google Patents
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Description
本発明は、高温環境下において使用可能なインターコネクタ、及びこのインターコネクタを利用して燃料電池と集電体との間の電気的接続を確保する燃料電池スタックに関する。 The present invention relates to an interconnector that can be used in a high-temperature environment, and a fuel cell stack that uses this interconnector to ensure electrical connection between a fuel cell and a current collector.
一般に、固体酸化物型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell;SOFC)等の燃料電池が複数積層された燃料電池スタックでは、集電体と燃料電池との間の電子のやり取りが燃料電池スタック全体の発電量を大きく左右するために、燃料電池の熱変形が生じる高温環境下において集電体と燃料電池との間の電気的接続を確保することは安定した発電量を得る上で非常に重要である。 Generally, in a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells such as a solid oxide fuel cell (SOFC) are stacked, the exchange of electrons between the current collector and the fuel cell is the power generation of the entire fuel cell stack. In order to greatly affect the amount, it is very important to secure an electrical connection between the current collector and the fuel cell in a high temperature environment where the fuel cell undergoes thermal deformation in order to obtain a stable power generation amount. .
このような背景から、従来までの燃料電池スタック、中でも運転温度が高いSOFCスタックにおいては、運転温度が上昇しても燃料電池の全面に渡って均一に集電体を燃料電池に電気的に接続させるために、導電性セラミクス,発泡金属や金属繊維等の多孔質金属,若しくは波板に圧力を印加して集電体を燃料電池に接触させる手法が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
しかしながら、導電性セラミクスに圧力を印加して集電体を燃料電池に接触させる方法は、導電性セラミクスの抵抗が大きいことから、運転温度が1000[℃]程度の高温となる燃料電池スタックへの適用に限定されてしまう。また、一般に導電性セラミクス体は高価であることから、燃料電池スタックの製造コストが増加してしまう。 However, the method in which pressure is applied to the conductive ceramics to bring the current collector into contact with the fuel cell has a high resistance to the conductive ceramics, so that the operating temperature is about 1000 [° C.]. Limited to application. Moreover, since the conductive ceramic body is generally expensive, the manufacturing cost of the fuel cell stack increases.
一方、多孔質金属に圧力を印加して集電体を燃料電池に接触させた場合には、多孔質金属の剛性や弾性が700[℃]程度以上の高温になると失われるので、高温環境下においては、燃料電池と集電体との間の接触圧を維持して電気的接続を確保することができない。また、波板に圧力を印加して集電体を燃料電池に接触させた場合も同様、波板の剛性が高温になると失われるので、高温環境下では燃料電池と集電体との間の電気的接続を確保するができない。 On the other hand, when pressure is applied to the porous metal and the current collector is brought into contact with the fuel cell, the rigidity and elasticity of the porous metal are lost when the temperature rises to about 700 [° C.] or higher. In this case, the contact pressure between the fuel cell and the current collector cannot be maintained to ensure electrical connection. Similarly, when pressure is applied to the corrugated plate and the current collector is brought into contact with the fuel cell, the stiffness of the corrugated plate is lost when the corrugated plate becomes hot. An electrical connection cannot be ensured.
なお、半導体装置の組み立て手法の一つである、外表面に導電性の金属層を有する樹脂製のインターコネクタを利用して高温環境下において電気的接続を確保する方法も考えられるが、この方法は、SOFCのような600[℃]以上の高温の酸素を含む高温環境で大電流を扱う系への適用は想定していないために、信頼性がなく、SOFCスタックにそのまま適用することはできない。 One method of assembling a semiconductor device is a method of securing electrical connection in a high temperature environment using a resin interconnector having a conductive metal layer on the outer surface. Is not assumed to be applied to a system that handles a large current in a high-temperature environment containing high-temperature oxygen of 600 [° C.] or higher, such as SOFC, and is unreliable and cannot be directly applied to a SOFC stack. .
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、製造コストを増加させることなく高温環境下においても均一な電気的接続を確保可能な、信頼性の高いインターコネクタを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable interconnector that can ensure uniform electrical connection even in a high temperature environment without increasing the manufacturing cost. It is to provide.
また、本発明の他の目的は、製造コストを増加させることなく高温環境下においても燃料電池全面に渡って燃料電池と集電体の均一な電気的接続を確保可能な、信頼性の高い燃料電池スタックを提供することにある。 Another object of the present invention is a highly reliable fuel capable of ensuring uniform electrical connection between the fuel cell and the current collector over the entire surface of the fuel cell even in a high temperature environment without increasing the manufacturing cost. It is to provide a battery stack.
上述の課題を解決するために、本発明に係るインターコネクタの特徴は、端部が互いに気密接合された2枚の金属板を備え、少なくとも一方の金属板は板面間に空隙が形成されるように成形され、空隙内には不活性ガスが封入され、金属板の少なくとも一方は波形に成型されていることにある。 In order to solve the above-mentioned problem, the feature of the interconnector according to the present invention includes two metal plates whose ends are hermetically bonded to each other, and at least one of the metal plates has a gap formed between the plate surfaces. The inert gas is sealed in the gap, and at least one of the metal plates is formed in a corrugated shape .
本発明に係るインターコネクタ及び燃料電池スタックによれば、高温動作時には、内圧が上昇することによりインターコネクタが膨張するので、電気的接続を均一に確保することができる。 According to the interconnector and fuel cell stack according to the present invention, during high temperature operation, the interconnector expands due to an increase in internal pressure, so that electrical connection can be ensured uniformly.
また、本発明に係るインターコネクタ及び燃料電池スタックによれば、インターコネクタは金属板により構成されているので、インターコネクタの製造コストを削減することができる。 In addition, according to the interconnector and fuel cell stack according to the present invention, the interconnector is made of a metal plate, so that the manufacturing cost of the interconnector can be reduced.
また、本発明に係るインターコネクタ及び燃料電池スタックによれば、インターコネクタを構成する金属板間には不活性ガスが封入されているので、インターコネクタの信頼性を長期間確保することができる。 Further, according to the interconnector and the fuel cell stack according to the present invention, since the inert gas is sealed between the metal plates constituting the interconnector, the reliability of the interconnector can be ensured for a long time.
本発明に係るインターコネクタは、例えば、運転温度が高い固体酸化物型燃料電池を複数積層した燃料電池スタックに適用することができる。以下、図面を参照して、本発明に係るインターコネクタを上記燃料電池スタックに適用した、本発明の第1乃至第3の実施形態となる燃料電池スタックの構成について詳しく説明する。 The interconnector according to the present invention can be applied to, for example, a fuel cell stack in which a plurality of solid oxide fuel cells having a high operating temperature are stacked. Hereinafter, the configuration of a fuel cell stack according to the first to third embodiments of the present invention in which the interconnector according to the present invention is applied to the fuel cell stack will be described in detail with reference to the drawings.
なお、以下の説明に用いる各図では、説明を容易にするために燃料電池スタックが模式的に示されており、各図は正確な寸法比を示すものではない。また、説明内における温度等の数値は一実施形態であり、本発明はこの値に限定されるものではないことは勿論である。 In each of the drawings used for the following description, the fuel cell stack is schematically shown for easy description, and each drawing does not show an accurate dimensional ratio. Further, the numerical values such as temperature in the description are one embodiment, and the present invention is of course not limited to this value.
[燃料電池スタックの構成]
始めに、図1,2を参照して、本発明の第1の実施形態となる燃料電池スタックの構成について説明する。
[Configuration of fuel cell stack]
First, the configuration of the fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の第1の実施形態となる燃料電池スタックの構成を示す部分断面図である。また、図2は、図1に示すインターコネクタの構成を示す部分断面図である。 FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a configuration of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the interconnector shown in FIG.
本発明の第1の実施形態となる燃料電池スタックは、図1に示すように、中心部分に開口部を有する円盤形状(ドーナツ形状)の固体酸化物型燃料電池(以下、燃料電池と略記)1が上下方向に複数積層された構成を有し、各燃料電池1は、電解質膜2と、電解質膜2を挟持するように配設され、それぞれ燃料電池1のカソード及びアノードとして機能する空気極3及び燃料極4とを有する。
As shown in FIG. 1, the fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention is a disk-shaped (donut-shaped) solid oxide fuel cell (hereinafter abbreviated as a fuel cell) having an opening at the center. 1 has a configuration in which a plurality of fuel cells 1 are stacked in the vertical direction, and each fuel cell 1 is disposed so as to sandwich the
また、空気極3と燃料極4の両面には、燃料電池1の起電力を取り出すための、多孔質の低抵抗導電体から成る集電体5が設けられている。そして、このような構成を有する燃料電池スタックでは、燃料電池1の開口部を介してガス交換器6から空気極3及び燃料極4にそれぞれ酸素ガス及び水素ガスを供給することにより、燃料電池1が起電力を発生し、燃料電池1が発生した起電力は集電体5により外部に取り出される。
On both sides of the
また、この燃料電池スタックでは、対向する集電体5間に、中心部分に開口部を有する円盤形状のインターコネクタ7が設けられ、このインターコネクタ7は、図2に示すように、気密性を有する2枚の金属板11,12と、この金属板11,12間に挿入された金属フェルト13と、金属フェルト13を金属板11,12に固定するロウ材料14とにより構成されている。
Further, in this fuel cell stack, a disk-shaped interconnector 7 having an opening at the center is provided between the opposing current collectors 5, and this interconnector 7 has airtightness as shown in FIG. It has two
また、2枚の金属板11,12の端部、すなわちインターコネクタ7の内周側及び外周側部分は、レーザー溶接によって互いに気密接合され、金属板11,12間には不活性ガスであるAr(アルゴン)が封入されている。そして、このような構成を有するインターコネクタ7は、酸化ガスと水素ガスが混合することを防止するガスセパレータとしての機能と、運転温度の変化に伴う内圧の変化に応じて伸縮することにより、集電体5と空気極3及び燃料極4との電気的接続を確保する空気バネとしての機能とを兼ね備える。
Further, the end portions of the two
なお、この実施形態では、金属板11,12は、厚さ100[μm]のSUS430により形成され、金属フェルト13は、φ50[μm]銅の細線を圧縮厚さが0.3[mm]になるように絡めたものにより形成されている。また、ロウ材料14は、金属フェルト13を形成する細い銅線が吸われないように、Niロウ材料により形成されている。
In this embodiment, the
[インターコネクタの製造方法]
次に、図3を参照して、上記インターコネクタ7の製造方法について説明する。
[Method of manufacturing interconnector]
Next, a method for manufacturing the interconnector 7 will be described with reference to FIG.
図3は、インターコネクタの平面断面図を示す。 FIG. 3 shows a plan sectional view of the interconnector.
上記インターコネクタ7を製造する際は、始めに、中心部分に開口部を有する円盤状の金属板12の上表面にロウ材料14aを格子状に配置した後、金属板12の外周より内側に納まるように金属フェルト13をロウ材料14a上に配置する。次に、図3に示すように、金属板12上に形成されたロウ材料14aの格子位置と一致しないように、金属フェルト13上にロウ材料14bを格子状に配置した後、金属フェルト13上に形成されたロウ材料14b上に、金属板12と同形状の金属板11を配置する。なお、ロウ材料14aとロウ材料14b間の距離は、実際には図3に示した状態より密なものとする。
When manufacturing the interconnector 7, first, the
次に、不活性ガス中若しくは真空中でロウ付け温度(ロウ材料14a,14bの溶融温度)まで昇温することにより、金属板11,12と金属フェルト13とをロウ付け固定する。そして最後、金属フェルト13により金属板11,12間の間隙を確保した状態で、Ar雰囲気下で金属板11,12の端面を合わせてレーザー溶接により気密接合する。これにより、インターコネクタ7の一連の製造工程は終了する。
Next, the
なお、この実施形態では、図3に示すように、ロウ材料14a,14bを格子状に配置したが、本発明はこれに限られることはなく、円盤状の金属板11,12の同心円状等、他の形状に配置してもよい。また、インターコネクタ7を製造する際には、ロウ材料14a,14bが金属フェルト13を濡らして直接接合しないように、ロウ材料14a,14bの量と金属フェルト13への押し込み圧力を調整することが望ましい。また、ロウ付け処理の代わりに、超音波接合等の他の接合方法を用いて金属板11,12と金属フェルト13を接合してもよい。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the
また、運手温度の上昇に伴い内圧が上昇した際のインターコネクタ7の伸び代を提供するために、図4に示すように金属板11,12を波形に成型してもよいし、金属板11,12が外周部に膨張した時の最高点を中心として、波形を同心円状に成型してもよい。また、図5に示すように、金属フェルト13の代わりに、柔軟性を有する薄い金属板15を折り曲げた物を金属板11,12に固定して用いてもよい。なお、金属板11,12が円盤状である場合には、金属板11,12を波形に成形してもインターコネクタ7の外形寸法が変化することはない。
Further, in order to provide an extension allowance of the interconnector 7 when the internal pressure rises with an increase in the hand temperature, the
さらに、図6に示すように、金属板11の端部だけ波形に成型してもよい。なお、この図6に示す例では、金属板11の凸部において金属フェルト13を金属板11,12にロウ付けしているが、凸部と凹部のどちらの部分で金属フェルト13を金属板11にロウ付けしてもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 6, only the end portion of the
また、図7に示すように、金属板11,12の両方を波形に成型し、一方の金属板の凹部と他方の金属板の凸部の位置を合わせるように金属板11と金属板12を配置してもよい。このようなインターコネクタ7の構成によれば、インターコネクタ7の全高を抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 7, both the
また、この実施形態では、封入ガスとして不活性ガスであるArを用いたが、本発明はこれに限られることはなく、他の不活性ガスであるNe(ネオン)やXe(キセノン)、若しくは、これら不活性ガスの混合気体を利用してもよい。但し、同じ不活性ガスであるHe(ヘリウム)は、微小なガスリークパスの検出用として用いられることから明らかなように、非常にリークしやすいので、長期の気密維持を確保する上では相応しくない。 In this embodiment, Ar, which is an inert gas, is used as the sealing gas. However, the present invention is not limited to this, and other inert gases, such as Ne (neon) and Xe (xenon), or A mixed gas of these inert gases may be used. However, He (helium), which is the same inert gas, is very easy to leak as apparent from being used for detecting a minute gas leak path, and is not suitable for ensuring long-term airtight maintenance.
また、N2(窒素ガス)は、不活性ガスとして分類されることがあるが、高温環境下においては他の材料と窒化反応を引き起こす場合があるので、封入ガスとして用いないことが望ましい。なお、CO2(二酸化炭素)は、化合物ガスとして安定しているので、封入ガスとして利用することが可能である。 N 2 (nitrogen gas) may be classified as an inert gas, but it may cause a nitriding reaction with other materials in a high-temperature environment, so it is desirable not to use it as an enclosed gas. Since CO 2 (carbon dioxide) is stable as a compound gas, it can be used as an enclosed gas.
〔インターコネクタ内部に封入するArの圧力〕
ところで、上記のような構成を有するインターコネクタ7においては、インターコネクタ7内部に封入されたArの圧力は、温度の上昇に伴って増加し、例えば温度が650[℃]まで上昇した場合には、インターコネクタ7の体積が圧力上昇によって増加しないと仮定すると、ボイルシャルルの法則P1・V1/T1=P2・V2/T2(T1,T2,P1,P2,V1,V2はそれぞれ、封入温度,変化後の温度,封入圧力,変化後の圧力,封入体積,変化後の体積を示す)に従って、組み立て時に大気圧約0.1[mPa]で封入した内圧が約0.34[MPa]まで増加する。
[Ar pressure sealed in the interconnector]
By the way, in the interconnector 7 having the above-described configuration, the pressure of Ar sealed in the interconnector 7 increases as the temperature rises. For example, when the temperature rises to 650 [° C.]. Assuming that the volume of the interconnector 7 does not increase due to an increase in pressure, Boyle's law P1 · V1 / T1 = P2 · V2 / T2 (T1, T2, P1, P2, V1, V2 The internal pressure enclosed at atmospheric pressure of about 0.1 [mPa] during assembly is increased to about 0.34 [MPa] according to the following temperature, sealing pressure, pressure after change, sealing volume, and volume after change) .
この時、空気バネとして機能するインターコネクタ7のバネ力は内部の圧力値にインターコネクタ7の平面積を乗じた値であることから、インターコネクタ7の平面積が100[cm2]であるとする場合には、インターコネクタ7のバネ力は3400[N]となる。そして、燃料電池スタックの両端部が機械的に固定され、積層方向において燃料電池スタック全体が変形しないように構成されている場合には、インターコネクタ7のバネ力が集電体5平面に印加され、集電体5は燃料電池1に押し付けられる。 At this time, since the spring force of the interconnector 7 functioning as an air spring is a value obtained by multiplying the internal pressure value by the planar area of the interconnector 7, the planar area of the interconnector 7 is 100 [cm 2 ]. In this case, the spring force of the interconnector 7 is 3400 [N]. When both ends of the fuel cell stack are mechanically fixed and the whole fuel cell stack is not deformed in the stacking direction, the spring force of the interconnector 7 is applied to the plane of the current collector 5. The current collector 5 is pressed against the fuel cell 1.
しかしながら、この時、インターコネクタ7のバネ力が強すぎることによって、燃料電池1の破損の原因になることもあるので、温度が上昇した際のインターコネクタ7のバネ力を調整するために、インターコネクタ7内部に封入するArの圧力(封入圧)P1は、使用時の圧力P2を考慮して調整することが望ましい。また、このようにArの封入圧P1を調整することにより、燃料電池スタックを組み立てる際に、インターコネクタ8を押しつぶして燃料電池1間に挿入する等の作業を行う必要が無くなるので、燃料電池スタックを容易に製造することができる。 However, at this time, since the spring force of the interconnector 7 is too strong, it may cause damage to the fuel cell 1. Therefore, in order to adjust the spring force of the interconnector 7 when the temperature rises, It is desirable to adjust the pressure (filling pressure) P1 of Ar sealed in the connector 7 in consideration of the pressure P2 during use. Further, by adjusting the Ar sealing pressure P1 in this way, it is not necessary to perform operations such as crushing the interconnector 8 and inserting it between the fuel cells 1 when assembling the fuel cell stack. Can be easily manufactured.
具体的には、高温時の最適な圧力P2を設定し、設定した圧力P2の値を上記ボイルシャルルの法則から導かれる数式P1=P2・(V2/V1)・(T1/T2)に代入することにより、Arの封入圧P1を決定することが望ましい。なお、インターコネクタ7内部に封入するArは、溶接用レーザー光の導入窓を有する圧力容器にArを規定圧で満たした後、金属板11,12を内部に設置し、金属板11,12の周囲を合わせてレーザー溶接することにより、規定圧に調整することができる。
Specifically, the optimum pressure P2 at the time of high temperature is set, and the value of the set pressure P2 is substituted into the formula P1 = P2 · (V2 / V1) · (T1 / T2) derived from the above-mentioned Boyle's law. Therefore, it is desirable to determine the Ar sealing pressure P1. Ar filled in the interconnector 7 is filled with Ar with a specified pressure in a pressure vessel having a welding laser beam introduction window, and then the
また、インターコネクタ7の内容積は、内部に収納した金属フェルト13の圧縮厚さや、金属板11,12の波形成型高さにより、調整することができる。また、金属フェルト13を使用しない場合には、金属板11,12間の内容積を確保できるように、プレス等の手法をにより周囲に段差を形成するとよい。
Moreover, the internal volume of the interconnector 7 can be adjusted by the compression thickness of the metal felt 13 accommodated in the inside and the corrugated height of the
以上の説明から明らかなように、本発明の第1の実施形態となる燃料電池スタックでは、燃料電池1と集電体5間に運転温度に応じて伸縮するインターコネクタ7が挿入され、このインターコネクタ7は、2枚の金属板11,12間にArを封入し、金属板11,12の端部を気密封止することにより、形成されている。そして、このような構成によれば、燃料電池1の熱変形が生じる高温動作時においては、内圧の変化に伴い膨張することによりインターコネクタ7が空気バネとして機能するので、燃料電池1の全面に渡って燃料電池1と集電体5の電気的接続を確保することができる。
As is clear from the above description, in the fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention, the interconnector 7 that expands and contracts according to the operating temperature is inserted between the fuel cell 1 and the current collector 5. The connector 7 is formed by sealing Ar between the two
また、高価な超耐熱特殊鋼やセラミクス・グラファイト等の材料を使用せず、引っ張り強度のみを満足する材料によりインターコネクタ7を構成することができるので、インターコネクタ7の製造コストを削減することができる。また、金属板11,12間にはガスリークしにくいArが封入されているので、インターコネクタ7の信頼性を長期間確保することができる。
Further, since the interconnector 7 can be made of a material satisfying only the tensile strength without using expensive super heat resistant special steel, ceramics, graphite, or the like, the manufacturing cost of the interconnector 7 can be reduced. it can. In addition, since Ar that hardly leaks gas is enclosed between the
また、本発明の第1の実施形態となる燃料電池スタックでは、インターコネクタ7を構成する金属板11,12の少なくとも一方は波形に成型されているので、燃料電池1の熱変形が生じる高温動作時においては、インターコネクタ7の伸び代を確保し、燃料電池1の熱変形に追従することができる。
Further, in the fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention, at least one of the
また、本発明の第1の実施形態となる燃料電池スタックでは、Arの封入圧は膨張時の内圧に基づいて調整されているので、燃料電池スタックを組み立てる際に、インターコネクタ7を押しつぶして燃料電池1間に挿入する等の作業を行う必要が無く、燃料電池スタックを容易に製造することができる。また、高温時にインターコネクタ7のバネ力が強すぎることにより、燃料電池1の破損の原因となることを防止できる。 Further, in the fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention, the Ar sealing pressure is adjusted based on the internal pressure at the time of expansion. Therefore, when the fuel cell stack is assembled, the interconnector 7 is crushed and the fuel is stacked. There is no need to perform an operation such as insertion between the batteries 1, and the fuel cell stack can be easily manufactured. In addition, it is possible to prevent the fuel cell 1 from being damaged by the spring force of the interconnector 7 being too strong at a high temperature.
また、本発明の第1の実施形態となる燃料電池スタックでは、金属板11,12間には金属フェルト13が挿入され、この金属フェルト13は金属板11,12に固定されているので、燃料電池1の熱変形が生じる高温動作時においてインターコネクタ7の厚さが変化する場合であっても、金属フェルト13は金属板11,12に追随して動き、集電体5間の電気伝導を維持することができる。
In the fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention, the metal felt 13 is inserted between the
また、この時、金属板11,12間にはArが封入されているので、金属フェルト13として、電気抵抗が低いが酸化等の環境耐性が低い銅細線や、高温の酸化雰囲気に弱いAg材料を用いた場合であっても、電気伝導体は劣化することなく保護され、インターコネクタ7の信頼性を長期間確保することができる。また、燃料電池1の起電力をマトリクス状に伝導させることにより電流の均一性を向上させることができる。
At this time, since Ar is enclosed between the
また、本発明の第1の実施形態となる燃料電池スタックでは、金属フェルト13はロウ付け処理によって金属板11,12に固定されているので、インターコネクタ7の製造に要するコストや労力を削減すると共に、インターコネクタ7を低抵抗に構成することができる。
Further, in the fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention, the metal felt 13 is fixed to the
さらに、本発明の第1の実施形態となる燃料電池スタックでは、金属板11,12は波形に成型されていると同時に、一方の金属板の凸部と他方の金属板の凹部の位置が一致するように金属板11,12が配置されているので、インターコネクタ7の機能を維持した状態でインターコネクタ7の全高を抑制し、燃料電池スタックを小型に構成することができる。
Furthermore, in the fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention, the
また、本発明の第1の実施形態となる燃料電池スタックでは、インターコネクタ7は、燃料電池1と同形状に構成されていると共に、Arは一つの気室内に封入されているので、内圧が均等に分散されることにより圧力が均一に印加され、燃料電池1の破損の原因となることなく、燃料電池1の全面に渡って燃料電池1と集電体5との間の電気的接続を確保することができる。 In the fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention, the interconnector 7 is configured in the same shape as the fuel cell 1 and Ar is sealed in one air chamber, so that the internal pressure is Evenly distributed pressure is applied uniformly, and the fuel cell 1 and the current collector 5 are electrically connected across the entire surface of the fuel cell 1 without causing damage to the fuel cell 1. Can be secured.
次に、図8を参照して、本発明の第2の実施形態となる燃料電池スタックにおけるインターコネクタの構成について説明する。 Next, the structure of the interconnector in the fuel cell stack according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図8は、本発明の第2の実施形態となる燃料電池スタックにおけるインターコネクタの構成を示す部分断面図である。 FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the interconnector in the fuel cell stack according to the second embodiment of the present invention.
上記第1の実施形態となる燃料電池スタックでは、集電体5や燃料電池1に印加する圧力を均一にするために、Arが一つの気室を形成するようにインターコネクタ7を構成したが、本発明の第2の実施形態となる燃料電池スタックでは、インターコネクタ7は、図8に示すように、対向する金属板21a,21b間に突起を形成する金属板22を設け、金属板22が形成する突起内部AにArを封入することにより、Arが封入された複数の気室により形成されている。そして、このようなインターコネクタ7の構成によれば、周囲ガスとArとの間の熱交換を促進することができると共に、インターコネクタ7の製造工程を簡単にすることができる。
In the fuel cell stack according to the first embodiment, the interconnector 7 is configured so that Ar forms one air chamber in order to make the pressure applied to the current collector 5 and the fuel cell 1 uniform. In the fuel cell stack according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 8, the interconnector 7 is provided with a
最後に、図9を参照して、本発明の第3の実施形態となる燃料電池スタックにおけるインターコネクタの構成について説明する。 Finally, with reference to FIG. 9, the structure of the interconnector in the fuel cell stack according to the third embodiment of the present invention will be described.
図9は、本発明の第3の実施形態となる燃料電池スタックにおけるインターコネクタの構成を示す部分断面図である。 FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the interconnector in the fuel cell stack according to the third embodiment of the present invention.
上記実施形態では、燃料電池1と集電体5の電気的接続の確保に重点を置いたが、本発明の第3の実施形態となる燃料電池スタックでは、内部に不活性ガスが封入された金属板31,32により形成される空気バネを複数接合し、これら複数の空気バネを高強度の構造部材33a,33bにより挟持することによりインターコネクタ7を形成する。そして、このようなインターコネクタ7の構成によれば、熱変形が生じる高温環境下においてもインターコネクタ7のバネ定数が低下しないので、インターコネクタ7の空気バネとしての機能を確保することができる。
In the above embodiment, emphasis was placed on ensuring the electrical connection between the fuel cell 1 and the current collector 5, but in the fuel cell stack according to the third embodiment of the present invention, an inert gas was sealed inside. A plurality of air springs formed by the
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、この実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。 As mentioned above, although the embodiment to which the invention made by the present inventors was applied has been described, the present invention is not limited by the description and the drawings that form part of the disclosure of the present invention according to this embodiment. That is, it should be added that other embodiments, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on this embodiment are all included in the scope of the present invention.
1:固体酸化物型燃料電池
2:電解質膜
3:空気極
4:燃料極
5:集電体
6:ガス交換器
7:インターコネクタ
11,12,21a,21b,22,31,32:金属板
13:金属フェルト
14:ロウ材料
15:金属板
33a,33b:構造部材
1: solid oxide fuel cell 2: electrolyte membrane 3: air electrode 4: fuel electrode 5: current collector 6: gas exchanger 7:
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