JP6977580B2 - Fuel cell connection member - Google Patents
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Description
本開示の発明は、複数の燃料電池セルを隣り合わせに電気的かつ機械的に接続する燃料電池セルの接続部材に関する。 The invention of the present disclosure relates to a connecting member of a fuel cell that electrically and mechanically connects a plurality of fuel cell cells side by side.
従来、この種の接続部材として、燃料電池セルの空気極である外側電極層の外周面と電気的に接続される第1の集電部と、第1の集電部から隣接する燃料電池セルの端部に向けて延びると共に燃料極である内側電極層に取り付けられた内側電極端子と電気的に接続される第2の集電部と、第1および第2の集電部を電気的に接続する連接部とを含む集電体が知られている(例えば、特許文献1参照)。この集電体において、第1および第2の集電部は、燃料電池セルに沿って長手方向に延びる平面部と、当該平面部の左右からそれぞれ鉛直方向に延びると共に燃料電池セルに沿って長手方向に延びる一対の側面部と、各側面部から燃料電池セルに沿って円周方向に半円弧状に湾曲して延びると共に外側電極層または内側電極端子に取り付けられる把持部とを有する。また、対をなす把持部の一方には、燃料電池セルの外周を取り囲むように当該燃料電池セルに沿って円周方向に延びる2つの突出部が形成されており、他方には、当該2つの突出部と対向する1つの突出部が形成されている。更に、各突出部の先端には、第1または第2の集電部の内側方向から外側方向へ延びる曲面部を有した爪部が形成されている。 Conventionally, as a connection member of this type, a first current collector that is electrically connected to the outer peripheral surface of the outer electrode layer, which is the air electrode of the fuel cell, and a fuel cell that is adjacent to the first current collector. The second current collector, which extends toward the end of the fuel electrode and is electrically connected to the inner electrode terminal attached to the inner electrode layer which is the fuel electrode, and the first and second current collectors are electrically connected. A current collector including a connecting portion to be connected is known (see, for example, Patent Document 1). In this current collector, the first and second current collectors have a flat surface portion extending in the longitudinal direction along the fuel cell and a plane portion extending vertically from the left and right sides of the flat surface portion and longitudinally along the fuel cell. It has a pair of side surface portions extending in a direction, and a grip portion extending from each side surface portion in a semi-arc shape in the circumferential direction along the fuel cell and being attached to an outer electrode layer or an inner electrode terminal. Further, one of the pair of grips is formed with two protrusions extending in the circumferential direction along the fuel cell so as to surround the outer periphery of the fuel cell, and the other is formed with the two protrusions. One protrusion facing the protrusion is formed. Further, at the tip of each protruding portion, a claw portion having a curved surface portion extending from the inner direction to the outer direction of the first or second current collecting portion is formed.
また、燃料電池セルの接続部材としては、複数の取付孔と、各取付孔に設けられた複数の弾性片とを有する集電体(金属板)も知られている(例えば、特許文献2参照)。この集電体の各取付孔には、対応する燃料電池セルの端部が挿入され、集電体は、弾性片の弾性力によってセル配列に対して取り付けられる。そして、各弾性片は、燃料電池セルの電極に接着される。 Further, as a connecting member of the fuel cell, a current collector (metal plate) having a plurality of mounting holes and a plurality of elastic pieces provided in each mounting hole is also known (see, for example, Patent Document 2). ). The end of the corresponding fuel cell is inserted into each mounting hole of the current collector, and the current collector is attached to the cell array by the elastic force of the elastic piece. Then, each elastic piece is adhered to the electrode of the fuel cell.
上記特許文献1に記載された集電体を用いて複数の燃料電池セルを電気的かつ機械的に接続する場合、1つの燃料電池セルに4つの集電体が組み付けられるが、生産性に鑑みれば、1つの燃料電池セルに対して4つの集電体を同時に(一遍に)に組み付けることが好ましい。ただし、特許文献1に記載された集電体の各集電部には、それぞれ2つまたは1つの爪部を有する2つの把持部が設けられており、1つの燃料電池セルと4つの集電体との組み付けに際して、当該1つの燃料電池セルを合計8つの把持部に当接させる必要がある。このため、燃料電池セルと集電体との組み付けに際し、燃料電池セルや集電体の製造公差等に起因した各把持部と燃料電池セルとの干渉により各接続部材で様々な方向の応力が発生し、1つの燃料電池セルに対して4つの集電体に対して同時かつスムースに組み付けることが困難となる。一方、特許文献2に記載された集電体を用いた場合、特許文献1に記載された集電体を用いた場合に比べて組付性を改善することができるものの、集電体(弾性片)と電極との接触面積の不足により電気抵抗が増大化し、発電効率が低下してしまうおそれがある。
When a plurality of fuel cell cells are electrically and mechanically connected using the current collector described in
そこで、本開示の発明は、複数の燃料電池セルを電気的かつ機械的に接続する接続部材と燃料電池セルとの組付性を向上させると共に当該燃料電池セルの発電効率の低下を抑制することを主目的とする。 Therefore, the invention of the present disclosure is to improve the assemblability between a connecting member for electrically and mechanically connecting a plurality of fuel cell cells and the fuel cell, and to suppress a decrease in power generation efficiency of the fuel cell. Is the main purpose.
本開示の燃料電池セルの接続部材は、筒型に設けられた2つの燃料電池セルの一方のアノード層に電気的に接続される第1集電部と、前記2つの燃料電池セルの他方のカソード層に電気的に接続される第2集電部とを備え、複数の前記燃料電池セルを隣り合わせに電気的かつ機械的に接続する燃料電池セルの接続部材において、前記第1および第2集電部は、前記アノード層に定められた被接触部または前記カソード層に定められた被接触部を部分的に包囲すると共に該被接触部の表面に接触するように、半筒状に形成された接触保持部と、前記被接触部に対して弾性的に押し付けられるように前記接触保持部から延出されたクランプ部と、前記クランプ部と対向すると共に該クランプ部よりも前記接触保持部から離間するように該接触保持部から延出された平坦な組付ガイド部とをそれぞれ含み、前記第1および第2集電部の少なくともいずれか一方は、前記接触保持部の周方向に沿って延びる第一スリットによって複数の部位に分割されているものである。 The fuel cell connection member of the present disclosure includes a first current collector electrically connected to the anode layer of one of the two fuel cell cells provided in a tubular shape, and the other of the two fuel cell cells. In the connection member of the fuel cell, which includes a second current collector electrically connected to the cathode layer and electrically and mechanically connects a plurality of the fuel cell adjacent to each other, the first and second collections. The electric part is formed in a semi-cylindrical shape so as to partially surround the contacted portion defined in the anode layer or the contacted portion defined in the cathode layer and to contact the surface of the contacted portion. The contact holding portion, the clamp portion extending from the contact holding portion so as to be elastically pressed against the contacted portion, and the contact holding portion facing the clamp portion and from the contact holding portion rather than the clamp portion. Each includes a flat assembly guide portion extending from the contact holding portion so as to be separated from each other, and at least one of the first and second current collecting portions is along the circumferential direction of the contact holding portion. It is divided into a plurality of parts by an extending first slit.
この接続部材と燃料電池セルとの組み付けに際しては、接続部材の第1または第2集電部と、燃料電池セルのアノード層またはカソード層の被接触部とを互いに接近させる。この際、第1および第2集電部の組付ガイド部がクランプ部よりも接触保持部から離間するように形成されていることで、燃料電池セルの被接触部は、まず第1または第2集電部の組付ガイド部の端部に接触し、当該組付ガイド部によりガイドされながら第1または第2集電部の接触保持部に接近する。更に、燃料電池セルの被接触部は、クランプ部を押し広げるようにして接触保持部に入り込み、当該接触保持部の表面に接触する。また、接触保持部の周方向に延びる第一スリットが設けられた第1および第2集電部の少なくとも一方は、第一スリットによって分割されているため、第一スリットが設けられていない場合に比べて、燃料電池セルの被接触部の表面の形状に沿うように接触する。そして、クランプ部が被接触部に対して弾性的に押し付けられることで、燃料電池セルは、接触保持部、クランプ部、および組付ガイド部によりしっかりと保持される。 When assembling the connecting member and the fuel cell, the first or second current collecting portion of the connecting member and the contacted portion of the anode layer or the cathode layer of the fuel cell are brought close to each other. At this time, since the assembly guide portions of the first and second current collectors are formed so as to be separated from the contact holding portion by the clamp portion, the contacted portion of the fuel cell is first or first. 2 It contacts the end of the assembly guide portion of the current collector and approaches the contact holding portion of the first or second current collector while being guided by the assembly guide portion. Further, the contacted portion of the fuel cell enters the contact holding portion so as to push the clamp portion open, and comes into contact with the surface of the contact holding portion. Further, since at least one of the first and second current collectors provided with the first slit extending in the circumferential direction of the contact holding portion is divided by the first slit, when the first slit is not provided. In comparison, the fuel cell makes contact along the shape of the surface of the contacted portion of the fuel cell. Then, the clamp portion is elastically pressed against the contacted portion, so that the fuel cell is firmly held by the contact holding portion, the clamp portion, and the assembly guide portion.
このように、第1および第2集電部の組付ガイド部をクランプ部よりも接触保持部から離間するように形成することで、接続部材と燃料電池セルとの組付開始時における接触箇所の数を減らすことが可能となる。これにより、燃料電池セルや接続部材の製造公差等に起因した第1および第2集電部と燃料電池セルとの干渉により接続部材で発生する応力を低減化し、接続部材と燃料電池セルとの組付性を向上させることができる。従って、複数の接続部材に対して1つの燃料電池セルを同時かつスムースに取り付けることが可能となり、生産性をより向上させることができる。更に、この接続部材では、接触保持部と燃料電池の被接触部との接触面積を確保して、電気抵抗の増大化を抑制することが可能となる。この結果、複数の燃料電池セルを電気的かつ機械的に接続する接続部材と燃料電池セルとの組付性を向上させると共に当該燃料電池セルの発電効率の低下を抑制することができる。 In this way, by forming the assembly guide portions of the first and second current collectors so as to be separated from the contact holding portion by the clamp portion, the contact portion between the connecting member and the fuel cell at the start of assembly is formed. It is possible to reduce the number of. As a result, the stress generated in the connecting member due to the interference between the first and second current collectors and the fuel cell due to the manufacturing tolerance of the fuel cell and the connecting member is reduced, and the connecting member and the fuel cell are connected to each other. Assemblability can be improved. Therefore, one fuel cell can be smoothly and simultaneously attached to a plurality of connecting members, and productivity can be further improved. Further, in this connecting member, it is possible to secure a contact area between the contact holding portion and the contacted portion of the fuel cell and suppress an increase in electric resistance. As a result, it is possible to improve the assembling property between the connecting member for electrically and mechanically connecting a plurality of fuel cell cells and the fuel cell, and to suppress the decrease in the power generation efficiency of the fuel cell.
また、前記接続部材において、前記接触保持部の軸方向に互いに隣り合う前記複数の部位は、軸方向長さが互いに異なるように設けられてもよい。これにより、燃料電池セルの製造公差等によって燃料電池セルの被接触部の寸法が燃料電池セルの軸方向に沿って変化する場合においても、第一スリットが設けられた第1および第2集電部の少なくとも一方が、燃料電池セルの被接触部の表面の形状に沿うように接触する。 Further, in the connecting member, the plurality of portions adjacent to each other in the axial direction of the contact holding portion may be provided so that the axial lengths are different from each other. As a result, even when the size of the contacted portion of the fuel cell changes along the axial direction of the fuel cell due to the manufacturing tolerance of the fuel cell or the like, the first and second current collectors provided with the first slit are provided. At least one of the portions is in contact with each other so as to follow the shape of the surface of the contacted portion of the fuel cell.
更に、前記接続部材は、前記第1および第2集電部を前記燃料電池セルの長手方向において互いに離間するように電気的かつ機械的に接続する連結部を備えてもよく、前記連結部は、前記燃料電池セルの前記長手方向に沿って延在する平板部を含んでもよく、前記平板部には、第二スリットが設けられてもよい。これにより、互いに隣り合う燃料電池セルの製造公差等によって生じる傾きによって、接触保持部および燃料電池セルの被接触部に発生する応力を抑制することができる。 Further, the connecting member may include a connecting portion that electrically and mechanically connects the first and second current collecting portions so as to be separated from each other in the longitudinal direction of the fuel cell, and the connecting portion may be provided. , The flat plate portion extending along the longitudinal direction of the fuel cell may be included, and the flat plate portion may be provided with a second slit. As a result, it is possible to suppress the stress generated in the contact holding portion and the contacted portion of the fuel cell due to the inclination caused by the manufacturing tolerance of the fuel cell cells adjacent to each other.
次に、図面を参照しながら、本開示の発明を実施するための形態について説明する。 Next, a mode for carrying out the invention of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
図1は、本開示の燃料電池セルの接続部材を含む燃料電池スタックFCSを示す概略構成図である。同図に示す燃料電池スタックFCSは、複数の燃料電池セル1と、複数の接続部材10,10′とを含み、当該複数の接続部材10を用いて複数の燃料電池セル1を電気的かつ機械的に接続することにより組み立てられている。本実施形態において、燃料電池セル1は、筒型(具体的には円筒型)に設けられた固体酸化物形燃料電池セル(円筒型燃料電池セル)として構成されており、図2に示すように、それぞれ長尺の円筒状に形成された固体電解質層2、アノード層(内側電極層)3、およびカソード層(外側電極層)4を含む。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell stack FCS including a connecting member of the fuel cell of the present disclosure. The fuel cell stack FCS shown in the figure includes a plurality of
固体電解質層2は、アノード層3とカソード層4との間に配置され、アノード層3は、固体電解質層2よりも内側に配置される。アノード層3の内部には、水素を含むアノードガス(燃料ガス)が供給され、当該アノード層3は、負極として機能する。また、カソード層4は、その周囲に供給される例えば空気等の酸素を含むカソードガス(酸化剤ガス)と接触し、正極として機能する。燃料電池セル1は、アノード層3における水素の酸化反応とカソード層4における酸素の還元反応により発電する。
The
固体電解質層2は、Y及びSc等の希土類元素やCaから選ばれる1種または2種以上をドープした安定化ジルコニアや、Gd,Y,Sm等の希土類元素から選ばれる1種または2種以上をドープしたセリア、La,Sr,Ga,Mg,Coから選ばれる1種または2種以上をドープしたランタンガレート等により形成される。
The
アノード層3は、例えばNiやFeといった触媒金属とY及びSc等の希土類元素やCaから選ばれる1種または2種以上をドープした安定化ジルコニアとの混合体や、NiやFe等の触媒金属とGd,Y,Sm等の希土類元素から選ばれる1種または2種以上をドープしたセリアとの混合体、NiやFe等の触媒金属とLa,Sr,Ga,Mg,Coから選ばれる1種または2種以上をドープしたランタンガレートとの混合体等により形成される。 The anode layer 3 is a mixture of a catalyst metal such as Ni or Fe and a stabilized zirconia doped with one or more selected from rare earth elements such as Y and Sc and Ca, and a catalyst metal such as Ni and Fe. And a mixture of ceria doped with one or more selected from rare earth elements such as Gd, Y, Sm, catalytic metal such as Ni and Fe, and one selected from La, Sr, Ga, Mg, Co. Alternatively, it is formed by a mixture with a lanthanum gallate doped with two or more kinds.
カソード層4は、例えばSrを含有するペロブスカイト型酸化物により形成される。ペロブスカイト型酸化物として、例えば、La1-xSrxCo1-yFeyO3系酸化物(例えば、x=0.4、y=0.8)や、La1-xSrxCoO3系酸化物(例えば、x=0.4)、La1-xSrxFeO3系酸化物(例えばx=0.4)、La1-xSrxMnO3系酸化物(例えば、x=0.2)、Sm1-xSrxCoO3系酸化物(例えば、x=0.5)等が挙げられる。なお、固体電解質層2とカソード層4との間には、例えば、GDC(ガドリニウムドープセリア)、YDC(イットリアドープセリア)、SDC(サマリウムドープセリア)といった希土類をドープしたセリア混合体により形成された図示しない反応防止層が設けられてもよい。
The
また、燃料電池セル1は、両端部に設けられた2つの集電キャップ(集電部材)5を含む。各集電キャップ5は、導電性を有する金属により略有底筒状に形成されており、図2に示すように、円盤状の底板部5aと、底板部5aの外周から軸方向に延出された円筒状の筒状部5bと、底板部5aの中央から筒状部5bとは反対側に延出された延出管部5cとを有する。延出管部5cには、当該延出管部5cを貫通して筒状部5bの内部に連通するガス流通孔(貫通孔)5dが形成されている。
Further, the
本実施形態において、燃料電池セル1の固体電解質層2およびアノード層3の両端部は、カソード層4の両端部から外方に突出しており、固体電解質層2およびアノード層3の各端部は、アノード層3の端面が集電キャップ5の底板部5aの内底面に当接するように筒状部5b内に挿入される。そして、筒状部5bと固体電解質層2およびアノード層3との間には、銀やパラジウム等を含む銀ペーストが充填され、当該銀ペーストを高温下(例えば、150℃程度)で乾燥させると共に焼成させることにより環状の導電性シール部6が形成される。これにより、アノード層3と集電キャップ5とが直接的かつ導電性シール部6を介して電気的に接続される。また、一方の集電キャップ5の延出管部5cのガス流通孔5dには、アノードガスが供給される。これにより、当該一方の集電キャップ5のガス流通孔5dからアノード層3の内部にアノードガスを供給すると共に、他方の集電キャップ5の延出管部5cのガス流通孔5dからアノード層3を通過したアノードオフガスを流出させることができる。
In the present embodiment, both ends of the
更に、図2に示すように、燃料電池セル1には、アノード層3と集電キャップ5との間の隙間を封止するためのガスシール部7が設けられている。ガスシール部7は、例えば、燃料電池セル1の作動温度域(例えば、600〜1000℃程度)において熱により溶融するガラス材により形成された緻密層であり、固体電解質層2の外周面と集電キャップ5の筒状部5bの端面とに沿って環状に延在する。アノード層3と集電キャップ5との間の隙間としては、アノード層3の端面と集電キャップ5の底板部5aとの間の微小な隙間や、固体電解質層2およびアノード層3の外周面と導電性シール部6との間に形成された微小な隙間、導電性シール部6と集電キャップ5の筒状部5bの内周面との間に形成された微小な隙間等が挙げられる。
Further, as shown in FIG. 2, the
図3は、接続部材10を示す平面図であり、図4は、接続部材10′を示す平面図である。また、図5は、接続部材10を示す正面図であり、図6は、接続部材10を示す側面図である。これらの図面に示す接続部材10,10′は、ステンレス等の導電性金属板をプレス成形することにより形成されており、それぞれ単独で2つの燃料電池セル1を隣り合わせに電気的かつ機械的に接続可能なものである。図3および図4に示すように、接続部材10,10′は、導電性材料により一体に成形された第1集電部11、第2集電部12および連結部13を含む。第1集電部11は、接続対象となる2つの燃料電池セル1の一方のアノード層3に電気的に接続され、第2集電部12は、当該2つの燃料電池セルの他方のカソード層4に電気的に接続される。また、連結部13は、第1および第2集電部11,12を燃料電池セル1の長手方向(軸方向)において互いに離間するように電気的かつ機械的に接続する。ここで、接続部材10′は、接続部材10を鏡像反転させた構造を有するものであることから、以下、接続部材10を例にとって両者の構成について説明する。
FIG. 3 is a plan view showing the connecting
図3、図5および図6に示すように、接続部材10の第1集電部11は、燃料電池セル1のアノード層3に定められた被接触部としての集電キャップ5の筒状部5bを部分的に包囲すると共に当該筒状部5bの表面に接触するように形成された接触保持部110を含む。接触保持部110は、図5に示すように、半筒状(具体的には半円筒状)に形成されており、半円弧状の断面形状を有する。また、接触保持部110の内周面は、上記筒状部5bの外周面の曲率半径よりも僅かに大きい曲率半径を有する凹円柱面状に形成されている。
As shown in FIGS. 3, 5 and 6, the first
更に、接続部材10の第1集電部11は、接触保持部110から延出されたクランプ部111と、クランプ部111と対向するように接触保持部110から延出された平板状の組付ガイド部112とを含む。クランプ部111は、図5に示すように、接触保持部110(半円筒)の一方の端部(図5における破線部参照)から部分的に組付ガイド部112に近接するように当該接触保持部110の内周面とは反対側に延出されている。組付ガイド部112は、図5に示すように、接触保持部110(半円筒)の他方の端部(図5における破線部参照)から当該接触保持部110の内周面とは反対側に延出されている。そして、組付ガイド部112は、クランプ部111よりも接触保持部110から離間した位置まで当該接触保持部110(半円筒)の内周面や外周面の上記他方の端部における接線方向に延在する。組付ガイド部112のクランプ部111と対向する表面は、平坦に形成されており、クランプ部111と組付ガイド部112とは、接触保持部110の内周面の曲率半径の2倍よりも若干短い間隔をおいて対向する。
Further, the first
また、図3、図5および図6に示すように、接続部材10の第2集電部12は、燃料電池セル1のカソード層4に定められた被接触部としての当該カソード層4の表面を部分的に包囲すると共に当該カソード層4の表面に接触するように形成された接触保持部120を含む。カソード層4の被接触部は、該カソード層4の外周面の一部に相当する。接触保持部120は、図5に示すように、半筒状(具体的には半円筒状)形成されており、半円弧状の断面形状を有する。また、接触保持部120の内周面は、カソード層4の表面の曲率半径よりも僅かに大きい曲率半径を有する凹円柱面状に形成されている。
Further, as shown in FIGS. 3, 5 and 6, the second
更に、接続部材10の第2集電部12は、接触保持部120から延出されたクランプ部121と、クランプ部121と対向するように接触保持部120から延出された平板状の組付ガイド部122とを含む。クランプ部121は、図5に示すように、接触保持部120(半円筒)の一方の端部(図5における破線部参照)から部分的に組付ガイド部122に近接するように当該接触保持部120の内周面とは反対側に延出されている。組付ガイド部122は、図5に示すように、接触保持部120(半円筒)の他方の端部(図5における破線部参照)から当該接触保持部120の内周面とは反対側に延出されている。そして、組付ガイド部122は、クランプ部121よりも接触保持部120から離間した位置まで当該接触保持部120(半円筒)の内周面や外周面の上記他方の端部における接線方向に延在する。組付ガイド部122のクランプ部121と対向する表面は、平坦に形成されており、クランプ部121と組付ガイド部122とは、接触保持部120の内周面の曲率半径の2倍よりも若干短い間隔をおいて対向する。
Further, the second
また、接続部材10の連結部13は、燃料電池セル1の長手方向に沿って延在する比較的短尺の平板部130と、平板部130の長手方向における一端から当該長手方向と直交する方向に延出されると共に第1集電部11の組付ガイド部112に繋がる第1中継部131と、当該平板部130の長手方向における他端から当該長手方向と直交するように第1中継部131とは反対側に延出されると共に第2集電部12の組付ガイド部122に繋がる第2中継部132とを含む。第1中継部131は、平板部130の図5における上端と組付ガイド部112の図5における上端との間で当該平板部130および組付ガイド部112と直交するように延在する。また、第2中継部132は、平板部130の図5における上端と組付ガイド部122の図5における上端との間で当該平板部130および組付ガイド部122と直交するように延在する。
Further, the connecting
これにより、図3および図5に示すように、第1集電部11は、組付ガイド部112がクランプ部111よりも連結部13(平板部130)に近接するように燃料電池セル1の配列方向における当該連結部13の一側(図3および図5における左側)に設けられる。また、第2集電部12は、組付ガイド部122がクランプ部121よりも連結部13(平板部130)に近接するように燃料電池セル1の配列方向における当該連結部13の他側(図3および図5における右側)に設けられる。更に、第1および第2集電部11,12の組付ガイド部112,122は、図5に示すように、それぞれ略矩形状の断面形状を有する空間133,134を隔てて連結部13の平板部130と平行に対向する。
As a result, as shown in FIGS. 3 and 5, the first
また、接続部材10、10′において、図3および図4に示すように、カソード層4に対応した第2集電部12は、接触保持部120の周方向に沿って延びる第一スリット14によって複数の部位(第1の部位12aおよび第2の部位12b)に分割されて構成されている。第一スリット14は、接触保持部120の周方向に沿って、第2中継部132から組付ガイド部122、接触保持部120およびクランプ部121にかけて延びるように、一つ設けられている。これにより、第2中継部132、組付ガイド部122、接触保持部120およびクランプ部121が、接触保持部120の軸方向に二つに分割されている(それぞれ分割された部位に添字aおよび添字bの一方が付されている)。
Further, in the connecting
具体的には、第1の部位12aは、第1の第2中継部132a、第1の組付ガイド部122a、第1の接触保持部120aおよび第1のクランプ部121aによって構成されている。第2の部位12bは、第2の第2中継部132b、第2の組付ガイド部122b、第2の接触保持部120bおよび第2のクランプ部121bによって構成されている。これによって、接触保持部120がカソード層4を保持したときに生じるカソード層4の応力集中を抑制することができる。
Specifically, the
また、この場合、第一スリット14を挟んで接触保持部120の軸方向に互いに隣り合う複数の部位を、軸方向長さが互いに異なるように設けるようにしても良い。例えば、第1の部位12aの軸方向長さAを、第2の部位12bの軸方向長さBより長く設定する。接触保持部120がカソード層4を保持した場合、複数の部位のうち軸方向長さが短い第2の部位12bが、燃料電池セル1の軸方向中央部側に位置する。一般的にカソード層4の寸法精度が燃料電池セル1の軸方向端部側から軸方向中央部側に向かうにしたがって低下するため、上述したように、複数の部位の軸方向長さを設定することにより、カソード層4の応力集中をさらに抑制することができる。
Further, in this case, a plurality of portions adjacent to each other in the axial direction of the
続いて、図7から図9を参照しながら、複数の接続部材10,10′を用いて複数の燃料電池セル1を電気的かつ機械的に接続して燃料電池スタックFCSを組み立てる手順について説明する。
Subsequently, with reference to FIGS. 7 to 9, a procedure for assembling the fuel cell stack FCS by electrically and mechanically connecting the plurality of fuel cell 1s using the plurality of connecting
複数の接続部材10,10′を用いて複数の燃料電池セル1を接続するに際して、本実施形態では、図7に示すような組付治具90が用いられる。組付治具90は、平板状のベース部91と、ベース部91上に設置された2つの第1位置決め部92と、ベース部91における2つの第1位置決め部92の間のスペースに配設された複数の第2位置決め部95とを含む。2つの第1位置決め部92は、ベース部91に対して垂直に設置された長尺の板体であり、燃料電池セル1の一方の集電キャップ5の端面から他方の集電キャップ5の端面までの長さに応じた間隔をおいて互いに平行に延在する。また、各第1位置決め部92の端面(上端面)には、燃料電池セル1の配列ピッチに応じた間隔をおいて複数(=燃料電池セル1の配列数)の位置決め凹部93が形成されている。各位置決め凹部93は、燃料電池セル1の集電キャップ5の延出管部5cが嵌まり込むように形成されている。
When connecting a plurality of fuel cell 1s using a plurality of connecting
組付治具90の第2位置決め部95は、ベース部91に対して垂直に設置された短尺の板体である。図7に示すように、ベース部91上には、燃料電池セル1の配列ピッチに応じた間隔をおいて複数(燃料電池セル1の配列数−1個)の第2位置決め部95が一方の第1位置決め部92に沿って配設されると共に、当該配列ピッチに応じた間隔をおいて複数(燃料電池セル1の配列数−1個)の第2位置決め部95が他方の第1位置決め部92に沿って配設される。本実施形態において、各第2位置決め部95は、接続部材10,10′の第2集電部12の組付ガイド部122と連結部13の平板部130との間の空間134(図5参照)の幅よりも若干小さい厚みを有する。また、第2位置決め部95の端面(上端面)には、接続部材10,10′の第2中継部132が嵌まり込む凹部96が形成されている。
The
燃料電池スタックFCSの組み立てに際して、組付治具90には、図7に示すように、一方(図中上側)の第1位置決め部92に沿って複数の接続部材10が組み付けられると共に、他方(図中下側)の第1位置決め部92に沿って複数の接続部材10′が組み付けられる。すなわち、接続部材10,10′は、第2集電部12の組付ガイド部122と連結部13の平板部130との間の空間134に凹部96の底面が第2中継部132に当接するように第2位置決め部95を差し込むことによりベース部91上に位置決めされる。このように、接続部材10,10′では、第2集電部12の組付ガイド部122と連結部13との間の空間134が第2位置決め部95を差し込む空間として利用される。これにより、組付治具90に対して接続部材10,10′を精度よく位置決めすることができる。また、空間134に差し込まれた第2位置決め部95(凹部96の底面)に第2中継部132を当接させることで、組付治具90に対して接続部材10,10′をより精度よく位置決めすると共に組み付けの作業性をより向上させることが可能となる。
When assembling the fuel cell stack FCS, as shown in FIG. 7, a plurality of connecting
次いで、各接続部材10,10′の接触保持部110,120の内周面等に銀ペーストを塗布した上で、組付機械あるいは手作業により燃料電池セル1を対応する複数の接続部材10,10′に対して順次組み付けていく。上述のように、接続部材10,10′では、第1および第2集電部11,12の組付ガイド部112,122がクランプ部111,121よりも接触保持部110,120から離間するように形成されている。従って、合計4つの接続部材10,10′に対して燃料電池セル1を組み付ける場合、接続部材10,10′の第1、第2集電部11,12に対して燃料電池セル1を接近させていくと、燃料電池セル1のカソード層4や集電キャップ5の筒状部5bは、まず第1、第2集電部11,12の組付ガイド部112,122の端部に接触する(図9において破線で示すカソード層4参照)。更に、燃料電池セル1すなわちカソード層4や筒状部5bは、平坦な組付ガイド部112,122によりガイドされながら第1または第2集電部11,12の接触保持部110,120に接近し、クランプ部111,121を押し広げるようにして接触保持部110,120に入り込んで当該接触保持部110,120の内周面(表面)に接触する。そして、クランプ部111,121がカソード層4や筒状部5bに対して弾性的に押し付けられることで、燃料電池セル1は、接触保持部110,120、クランプ部111,121および組付ガイド部112,122によりしっかりと保持される(図9において破線で示す筒状部5b参照)。
Next, after applying silver paste to the inner peripheral surfaces of the
上述のように、第1および第2集電部11,12の組付ガイド部112,122をクランプ部111,121よりも接触保持部110,120から離間するように形成することで、接続部材10,10′と燃料電池セル1との組付開始時における接触箇所の数を減らすことが可能となる。すなわち、合計4つの接続部材10,10′に対して1つの燃料電池セル1を組み付ける場合、接続部材10,10′と燃料電池セル1との組付開始時における接触箇所は、合計4箇所(それぞれ2つの組付ガイド部112,122)となる。これにより、燃料電池セル1や接続部材10,10′の製造公差等に起因した第1および第2集電部11,12と燃料電池セル1との干渉により接続部材10,10′で発生する応力を低減化し、接続部材10,10′に対する燃料電池セル1の組付性をより向上させることができる。従って、複数の接続部材10,10′に対して1つの燃料電池セル1を同時かつスムースに取り付けることが可能となり、生産性をより向上させることができる。更に、接続部材10,10′では、凹円柱面状の内周面を有する接触保持部110,120とカソード層4や筒状部5bとの接触面積を充分に確保して、電気抵抗の増大化を良好に抑制することが可能となる。
As described above, the connecting members are formed by forming the
また、接続部材10,10′において、第1集電部11は、組付ガイド部112がクランプ部111よりも平板部130に近接するように燃料電池セル1の配列方向における連結部13の一側に設けられ、第2集電部12は、組付ガイド部122がクランプ部121よりも平板部130に近接するように燃料電池セル1の配列方向における連結部13の他側に設けられる。これにより、複数の接続部材10,10′に対して複数の燃料電池セル1を組み付けていく際に、第1および第2集電部11,12と燃料電池セル1との干渉により接続部材10,10′で発生する応力を各接続部材10,10′内で互いに打ち消し合わせることが可能となり、接続部材10,10′に対する燃料電池セル1の組付性をより一層向上させることができる。
Further, in the connecting
以上説明したように、複数の燃料電池セル1を電気的かつ機械的に接続する接続部材10,10′によれば、当該接続部材10,10′に対する燃料電池セル1の組付性を向上させると共に当該燃料電池セル1の発電効率の低下を抑制することができる。
As described above, according to the connecting
なお、上記接続部材10,10′のように、組付ガイド部112,122をクランプ部111,121よりも連結部13(平板部130)に近接させることで、接続部材10,10′の構造をより容易に形成可能なものとすることができるが、接続部材10,10′の構成は、これに限られるものではない。すなわち、接続部材10,10′は、クランプ部111,121が連結部13(平板部130)に近接すると共に組付ガイド部112,122が外側に位置するように形成されてもよい。
The structure of the connecting
また、接続部材10,10′において、カソード層4に対応した第2集電部12の接触保持部120等の表面積をアノード層3に対応した第1集電部11の接触保持部110等の表面積よりも大きくしてもよい。
Further, in the connecting
なお、図3および図4において、第一スリット14は一つ設けられているが、第一スリット14を複数設けるようにしても良い。例えば、第一スリット14がm個形成された場合、第2集電部12は、m+1個の部位に分割される。また、この場合、第一スリット14を挟んで接触保持部120の軸方向に互いに隣接する複数の部位のうち、燃料電池セル1の軸方向中央部側に位置する方の軸方向長さを短く設定しても良い。一方、接触保持部120の軸方向に互いに隣接する複数の部位のうち、燃料電池セル1の軸方向中央部側に位置する方の軸方向長さを長く、または同じに設定しても良い。
Although one
また、第一スリット14における接触保持部120の周方向長さを変更するようにしても良い。例えば、第一スリット14を、接触保持部120の両端およびクランプ部121にかけて延びるように形成する。
Further, the length of the
また、第一スリット14は、第2集電部12を、第1の部位12aおよび第2の部位12bの二つに分割するように設けられているが、これに代えて、図3に示すように、第一スリット14を、第2集電部12を貫通する穴状に設けることにより、第1の部位12a、第2の部位12bおよび破線にて示す第3の部位12cに分割するように設けるようにしても良い。この場合、第一スリット14は、接触保持部120の周方向に沿って、第2中継部132から組付ガイド部122および接触保持部120にかけて延びるように形成されている。すなわち、クランプ部121は、第一スリット14が形成されずに分割されない。この場合、クランプ部121が第1の部位12aを構成する部位、第2の部位12bを構成する部位、および第1の部位12aと第2の部位12bとを連結する第3の部位12cを有する。また、第一スリット14は、第2集電部12に設けられているが、第1集電部11のみ、または、第1および第2集電部11,12の両方に設けるようにしても良い。
Further, the
さらに、図10に示すように、第二スリット15を、連結部13に設けるようにしても良い。第二スリット15は、平板部130に設けられている。第二スリット15は、燃料電池セルの軸方向に直交する方向に複数設けられている。これによって、互いに隣り合う燃料電池セル1の傾きによって、接触保持部110,120がアノード層3およびカソード層4を保持したときに発生する応力を抑制することができる。なお、第二スリット15を、燃料電池セル1の軸方向に直交する方向と異なる方向(例えば燃料電池セル1の軸方向に沿う方向)に設けてもよいし、一つだけ設けるようにしてもよい。
Further, as shown in FIG. 10, the
更に、上記実施形態では、第2集電部12の組付ガイド部122と連結部13との間の空間134が第2位置決め部95を差し込む空間として利用されるが、これに限られるものではない、すなわち、組付治具90に対する接続部材10,10′の位置決めに際して、第1集電部11の組付ガイド部112と連結部13との間の空間133が第2位置決め部95を差し込む空間として利用されてもよい。
Further, in the above embodiment, the
また、上述の燃料電池セル1は、円筒型の固体酸化物形燃料電池セルであるが、接触保持部110,120の形状を変更することで、接続部材10,10′を円筒型以外の筒型に設けられた燃料電池セルに適用し得ることはいうまでもない。更に、燃料電池セル1は、カソード層が電解質層の内側に配置されると共に、カソードガスを通過させる集電キャップ(集電部材)に当該カソード層の端部が挿入されるものであってもよい。また、燃料電池セル1は、固体酸化物形以外の形式の燃料電池セルであってもよい。
Further, the above-mentioned
そして、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。 It goes without saying that the invention of the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made within the scope of the extension of the present disclosure. Further, the above embodiment is merely a specific embodiment of the invention described in the column of the outline of the invention, and does not limit the elements of the invention described in the column of the outline of the invention.
本開示の発明は、燃料電池スタックの製造産業等において利用可能である。 The invention of the present disclosure can be used in the fuel cell stack manufacturing industry and the like.
1 燃料電池セル、2 固体電解質層、3 アノード層、4 カソード層、5 集電キャップ、5a 底板部、5b 筒状部、5c 延出管部、5d ガス流通孔、6 導電性シール部、7 ガスシール部、10,10′ 接続部材、11 第1集電部、12 第2集電部、14 第一スリット、15 第二スリット、110,120 接触保持部、111,121 クランプ部、112,122 組付ガイド部、13 連結部、130 平板部、131 第1中継部、132 第2中継部、133,134 空間、90 組付治具、91 ベース部、92 第1位置決め部、93 凹部、95 第2位置決め部、96 凹部、FCS 燃料電池スタック。 1 fuel cell, 2 solid electrolyte layer, 3 anode layer, 4 cathode layer, 5 current collector cap, 5a bottom plate, 5b tubular, 5c extension tube, 5d gas flow hole, 6 conductive seal, 7 Gas seal part, 10,10'connecting member, 11 1st current collecting part, 12 2nd current collecting part, 14 1st slit, 15 2nd slit, 110, 120 contact holding part, 111, 121 clamp part, 112, 122 Assembly guide part, 13 connection part, 130 flat plate part, 131 first relay part, 132 second relay part, 133,134 space, 90 assembly jig, 91 base part, 92 first positioning part, 93 recess, 95 2nd positioning part, 96 recess, FCS fuel cell stack.
Claims (3)
前記第1および第2集電部は、
前記アノード層に定められた被接触部または前記カソード層に定められた被接触部を部分的に包囲すると共に該被接触部の表面に接触するように、半筒状に形成された接触保持部と、
前記被接触部に対して弾性的に押し付けられるように前記接触保持部から延出されたクランプ部と、
前記クランプ部と対向すると共に該クランプ部よりも前記接触保持部から離間するように該接触保持部から延出された平坦な組付ガイド部とをそれぞれ含み、
前記第1および第2集電部の少なくともいずれか一方は、前記接触保持部の周方向に沿って延びる第一スリットによって複数の部位に分割されている燃料電池セルの接続部材。 A first current collector electrically connected to one anode layer of two tubular fuel cell cells and a second electrically connected to the other cathode layer of the two fuel cell cells. In a fuel cell cell connecting member provided with a current collecting unit and electrically and mechanically connecting a plurality of the fuel cell cells side by side.
The first and second current collectors are
A contact holding portion formed in a semi-cylindrical shape so as to partially surround the contacted portion defined on the anode layer or the contacted portion defined on the cathode layer and to contact the surface of the contacted portion. When,
A clamp portion extended from the contact holding portion so as to be elastically pressed against the contacted portion, and a clamp portion.
Each includes a flat assembly guide portion that faces the clamp portion and extends from the contact holding portion so as to be separated from the contact holding portion by the clamp portion.
At least one of the first and second current collectors is a fuel cell connecting member divided into a plurality of portions by a first slit extending along the circumferential direction of the contact holding portion.
前記接触保持部の軸方向に互いに隣り合う前記複数の部位は、軸方向長さが互いに異なるように設けられている燃料電池セルの接続部材。 In the fuel cell connection member according to claim 1,
The plurality of portions adjacent to each other in the axial direction of the contact holding portion are connecting members of a fuel cell, which are provided so as to have different axial lengths.
前記第1および第2集電部を前記燃料電池セルの長手方向において互いに離間するように電気的かつ機械的に接続する連結部を更に備え、
前記連結部は、前記燃料電池セルの前記長手方向に沿って延在する平板部を含み、
前記平板部には、第二スリットが設けられている燃料電池セルの接続部材。 In the fuel cell connecting member according to claim 1 or 2.
Further provided, a connecting portion for electrically and mechanically connecting the first and second current collectors so as to be separated from each other in the longitudinal direction of the fuel cell.
The connecting portion includes a flat plate portion extending along the longitudinal direction of the fuel cell.
A fuel cell connecting member provided with a second slit in the flat plate portion.
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