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JP7087616B2 - Fuel cell stack - Google Patents
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Description

本発明は、燃料電池スタックに関する。 The present invention relates to a fuel cell stack.

固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cells:SOFC。以下、単に「SOFC」ということがある。)は、熱効率が高く、貴金属触媒を使わなくても燃料と空気との電気化学反応が可能であり、さらに多種類の燃料を使用できる。SOFCは、供給されたガスによって発電する電解質電極接合体、およびガスが流通する流路部が区画形成されたセパレータを含むセルユニットを複数積層して構成される燃料電池スタックを有する。 Solid oxide fuel cells (SOFC, hereinafter simply referred to as "SOFC") have high thermal efficiency and are capable of electrochemical reaction between fuel and air without using a noble metal catalyst. Yes, more types of fuel can be used. The SOFC has a fuel cell stack composed of a plurality of cell units including an electrolyte electrode junction that generates electricity by a supplied gas and a separator in which a flow path portion through which the gas flows is partitioned.

このようなSOFCを起動する際、およそ500~600℃の閾値温度になると発電が開始する。起動時において、ガス流路にガスを導入すると、ガス流路の入口側においては、ガスと周囲との温度差が大きいため、比較的温度が高くなるように加熱される。一方、ガス流路の出口側においては、入口側において熱が奪われることに起因してガスと周囲との温度差が小さくなるため、上流側と比較して温度が低くなるように加熱される。すなわち、ガスの流通方向に沿って、入口側が高く出口側が低い温度勾配が生じる。このような温度勾配が生じると、上流側よりも温度の低い下流側における温度が閾値温度を超えるまでSOFCが起動しないため、起動に時間がかかるという問題がある。 When starting such an SOFC, power generation starts when the threshold temperature reaches about 500 to 600 ° C. When gas is introduced into the gas flow path at the time of start-up, the temperature difference between the gas and the surroundings is large on the inlet side of the gas flow path, so that the temperature is relatively high. On the other hand, on the outlet side of the gas flow path, the temperature difference between the gas and the surroundings becomes small due to the heat being taken away on the inlet side, so that the temperature is heated to be lower than that on the upstream side. .. That is, a temperature gradient is generated along the gas flow direction, which is high on the inlet side and low on the outlet side. When such a temperature gradient occurs, SOFC does not start until the temperature on the downstream side, which is lower than the upstream side, exceeds the threshold temperature, so that there is a problem that it takes time to start.

これに関連して、例えば下記の特許文献1には、冷媒の入口側に、下流側よりも熱伝導率が小さい低熱伝導部が形成された燃料電池スタックが開示されている。この構成によれば、温度勾配を低減できる。 In this regard, for example, Patent Document 1 below discloses a fuel cell stack in which a low thermal conductivity portion having a lower thermal conductivity than the downstream side is formed on the inlet side of the refrigerant. According to this configuration, the temperature gradient can be reduced.

特許第4956000号Patent No. 4956000

しかしながら、特許文献1に開示された燃料電池スタックでは、追加部品が必要となることから、コストが増大したり、燃料電池スタックの体積が増加したりする可能性がある。 However, the fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 requires additional parts, which may increase the cost or increase the volume of the fuel cell 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、新たな部品を追加することなく、温度勾配をなだらかにすることのできる燃料電池スタックを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell stack capable of smoothing a temperature gradient without adding new parts.

上記目的を達成する本発明に係る燃料電池スタックは、メタルサポートセルおよび前記メタルサポートセルの外周を保持するセルフレームを有するメタルサポートセルアッセンブリーと、積層方向に隣り合う前記メタルサポートセルの間に設けられるセパレータと、を有するセルユニットを、前記積層方向に積層されてなる、固体酸化物形燃料電池の燃料電池スタックである。燃料電池スタックは、前記メタルサポートセルおよび前記セパレータの間に設けられ、ガスが流通可能な主流路と、前記主流路の前記ガスが流通する流通方向に対する幅方向外方であって、前記セルフレームおよび前記セパレータの間に設けられ、前記ガスが流通可能なバイパス流路と、を有する。また、前記バイパス流路を流通する前記ガスの熱エネルギーを、前記主流路を流通する前記ガスに対して補給する。また、前記バイパス流路は、前記セルフレームおよび前記セパレータによって区画形成される。 The fuel cell stack according to the present invention that achieves the above object is provided between a metal support cell and a metal support cell assembly having a cell frame that holds the outer periphery of the metal support cell and the metal support cells adjacent to each other in the stacking direction. It is a fuel cell stack of a solid oxide fuel cell in which a cell unit having a separator is laminated in the stacking direction. The fuel cell stack is provided between the metal support cell and the separator, and is a main flow path through which gas can flow and a cell frame outside the width direction of the main flow path with respect to the flow direction in which the gas flows. And a bypass flow path provided between the separators and through which the gas can flow. Further, the thermal energy of the gas flowing through the bypass flow path is replenished to the gas flowing through the main flow path. Further, the bypass flow path is partitioned by the cell frame and the separator.

本発明によれば、新たな部品を追加することなく、温度勾配をなだらかにすることができる。 According to the present invention, the temperature gradient can be made gentle without adding new parts.

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックを示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the fuel cell stack which concerns on embodiment of this invention. セルユニットの分解斜視図である。It is an exploded perspective view of a cell unit. メタルサポートセルアッセンブリーの分解斜視図である。It is an exploded perspective view of a metal support cell assembly. 図2の4-4線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the 4-4 line of FIG. セルユニットの一部を示す上面図である。It is a top view which shows a part of a cell unit. 主流路に設けられる連続部の構成を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the structure of the continuous part provided in the main flow path. 図5の7-7線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the 7-7 line of FIG. 図5の8-8線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the 8-8 line of FIG. バイパス流路を流通するガスの熱エネルギーを、主流路を流通するガスに対して補給する様子を示すイメージ図である。It is an image diagram which shows how the thermal energy of the gas flowing through a bypass flow path is replenished with respect to the gas flowing through a main flow path. バイパス流路を流通するガスの熱エネルギーを、主流路を流通するガスに対して補給する効果を示すグラフである。It is a graph which shows the effect of replenishing the thermal energy of the gas flowing through a bypass flow path to the gas flowing through a main flow path. 比較例に係る燃料電池スタックの、反応部への伝熱量を示す図である。It is a figure which shows the heat transfer amount to the reaction part of the fuel cell stack which concerns on a comparative example. 比較例に係る燃料電池スタックの、温度分布の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of the temperature distribution of the fuel cell stack which concerns on a comparative example. 本実施形態に係る燃料電池スタックの、反応部への伝熱量を示す図である。It is a figure which shows the heat transfer amount to the reaction part of the fuel cell stack which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池スタックの、温度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature distribution of the fuel cell stack which concerns on this embodiment. 変形例1に係る燃料電池スタックのセルユニットの一部を示す上面図である。It is a top view which shows a part of the cell unit of the fuel cell stack which concerns on modification 1. FIG. 変形例2に係る燃料電池スタックのセルユニットの一部を示す上面図である。It is a top view which shows a part of the cell unit of the fuel cell stack which concerns on modification 2. FIG. 変形例3に係る燃料電池スタックのセルユニットの一部を示す上面図である。It is a top view which shows a part of the cell unit of the fuel cell stack which concerns on modification 3. FIG. 変形例4に係る燃料電池スタックのセルユニットの一部を示す上面図である。It is a top view which shows a part of the cell unit of the fuel cell stack which concerns on modification 4. 変形例5に係る燃料電池スタックのセルユニットの一部を示す上面図である。It is a top view which shows a part of the cell unit of the fuel cell stack which concerns on modification 5. 変形例6に係る燃料電池スタックのセルユニットの一部を示す上面図である。It is a top view which shows a part of the cell unit of the fuel cell stack which concerns on modification 6. 変形例7に係る燃料電池スタックのセルユニットの一部を示す上面図である。It is a top view which shows a part of the cell unit of the fuel cell stack which concerns on modification 7. 変形例8に係る燃料電池スタックのセルユニットの一部を示す上面図である。It is a top view which shows a part of the cell unit of the fuel cell stack which concerns on modification 8.

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings. The following description does not limit the technical scope and the meaning of the terms described in the claims. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratios.

図1~図10を参照して、本実施形態に係る燃料電池スタック10について説明する。本実施形態の燃料電池スタック10は、電解質として例えば、安定化ジルコニアなどの酸化物イオン導電体を用いた固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)に用いられる。 The fuel cell stack 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 10. The fuel cell stack 10 of the present embodiment is used for a solid oxide fuel cell (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell) using an oxide ion conductor such as stabilized zirconia as an electrolyte.

以下の説明の便宜のため、XYZ直交座標系を図中に示す。X軸およびY軸は水平方向、Z軸は上下方向(積層方向に相当)にそれぞれ平行な軸を示す。 For the convenience of the following description, the XYZ Cartesian coordinate system is shown in the figure. The X-axis and the Y-axis indicate horizontal axes, and the Z-axis indicates an axis parallel to the vertical direction (corresponding to the stacking direction).

図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック10を示す分解斜視図である。図2は、セルユニット100の分解斜視図である。図3は、メタルサポートセルアッセンブリー110の分解斜視図である。図4は、図2の4-4線に沿う断面図である。図5は、セルユニット100の一部を示す上面図である。図6は、主流路R1に設けられる連続部R3の構成を説明するための斜視図である。図7は、図5の7-7線に沿う断面図である。図8は、図5の8-8線に沿う断面図である。なお、図5では理解の容易のため、集電補助層130は省略して示す。図9は、バイパス流路R2を流通するガスの熱エネルギーを、主流路R1を流通するガスに対して補給する様子を示すイメージ図である。図10は、バイパス流路R2を流通するガスの熱エネルギーを、主流路R1を流通するガスに対して補給する効果を示すグラフである。 FIG. 1 is an exploded perspective view showing a fuel cell stack 10 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view of the cell unit 100. FIG. 3 is an exploded perspective view of the metal support cell assembly 110. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line 4-4 of FIG. FIG. 5 is a top view showing a part of the cell unit 100. FIG. 6 is a perspective view for explaining the configuration of the continuous portion R3 provided in the main flow path R1. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line 7-7 of FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line 8-8 of FIG. In FIG. 5, for the sake of easy understanding, the current collector auxiliary layer 130 is omitted. FIG. 9 is an image diagram showing how the heat energy of the gas flowing through the bypass flow path R2 is replenished to the gas flowing through the main flow path R1. FIG. 10 is a graph showing the effect of replenishing the thermal energy of the gas flowing through the bypass flow path R2 with respect to the gas flowing through the main flow path R1.

燃料電池スタック10は、概説すると、メタルサポートセル110Mおよびメタルサポートセル110Mの外周を保持するセルフレーム113を有するメタルサポートセルアッセンブリー110と、Z方向に隣り合うメタルサポートセル110Mの間に設けられるセパレータ120と、を有するセルユニット100を、Z方向に積層されてなる。また、燃料電池スタック10は、メタルサポートセル110Mおよびセパレータ120の間に設けられ、ガスが流通可能な主流路R1と、主流路R1のガスが流通する流通方向(X方向)に対する幅方向(Y方向)外方であって、セルフレーム113およびセパレータ120の間に設けられ、ガスが流通可能なバイパス流路R2と、を有する。バイパス流路R2を流通するガスの熱エネルギーを、主流路R1を流通するガスに対して補給する。 Generally, the fuel cell stack 10 is a separator provided between a metal support cell assembly 110 having a cell frame 113 holding a metal support cell 110M and a cell frame 113 that holds the outer periphery of the metal support cell 110M, and a metal support cell 110M adjacent to each other in the Z direction. The cell unit 100 having 120 and 120 is laminated in the Z direction. Further, the fuel cell stack 10 is provided between the metal support cell 110M and the separator 120, and has a main flow path R1 through which gas can flow and a width direction (Y) with respect to the flow direction (X direction) in which the gas of the main flow path R1 flows. Directional) Outside, with a bypass flow path R2 provided between the cell frame 113 and the separator 120 through which gas can flow. The thermal energy of the gas flowing through the bypass flow path R2 is replenished to the gas flowing through the main flow path R1.

燃料電池スタック10は、図1に示すように、複数のセルユニット100を上下方向に積層して構成している。 As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 10 is configured by stacking a plurality of cell units 100 in the vertical direction.

(セルユニット100)
セルユニット100は、図2に示すように、メタルサポートセルアッセンブリー110と、電解質電極接合体111との間にガスが流通するための主流路R1を区画形成するセパレータ120と、集電補助層130と、を順に積層して構成される。なお、メタルサポートセルアッセンブリー110と集電補助層130との間に両者を導通接触させる接点材を配置してもよいし、集電補助層130を省く構造としてもよい。
(Cell unit 100)
As shown in FIG. 2, the cell unit 100 includes a separator 120 that partitions a main flow path R1 for gas to flow between the metal support cell assembly 110 and the electrolyte electrode junction 111, and a current collector auxiliary layer 130. And are stacked in order. A contact material for conducting conduction contact between the metal support cell assembly 110 and the current collector auxiliary layer 130 may be arranged, or the current collector auxiliary layer 130 may be omitted.

セルユニット100は、アノードガスを流通させて供給および排出するためのマニホールド部150(図1を参照)と、マニホールド部150の周囲を封止してガスの流れを制限する複数のシール部160(図2を参照)と、をさらに有する。なお、本実施形態では、燃料電池スタック10は、セルユニット100の外側(図2および図3の破線囲み部分)をカソードガスが自由に流通するオープンカソード構造として構成している。 The cell unit 100 includes a manifold portion 150 for supplying and discharging an anode gas (see FIG. 1), and a plurality of sealing portions 160 (see FIG. 1) that seal around the manifold portion 150 to limit the flow of gas. (See FIG. 2), and further. In the present embodiment, the fuel cell stack 10 is configured as an open cathode structure in which the cathode gas freely flows outside the cell unit 100 (the portion surrounded by the broken line in FIGS. 2 and 3).

メタルサポートセルアッセンブリー110は、図2、図3に示すように、長手方向Yに沿って複数(本実施形態では、2つ)並べて配置したメタルサポートセル(Metal-Supported Cell:MSC)110Mと、メタルサポートセル110Mの外周を保持するセルフレーム113と、を有する。 As shown in FIGS. 2 and 3, the metal support cell assembly 110 includes a plurality of metal support cells (Metal-Supported Cell: MSC) 110M arranged side by side along the longitudinal direction Y (two in the present embodiment). It has a cell frame 113 that holds the outer periphery of the metal support cell 110M.

メタルサポートセル110Mは、図3、図4に示すように、電解質111Eを両側からアノード111Aおよびカソード111Cで挟持してなる電解質電極接合体111と、電解質電極接合体111を上下方向の一方側から支持する金属製のメタルサポート部112と、を有する。メタルサポートセル110Mは、電解質支持型セルや電極支持型セルに比べて機械的強度、急速起動性等に優れる。 As shown in FIGS. 3 and 4, the metal support cell 110M has an electrolyte electrode junction 111 having an electrolyte 111E sandwiched between an anode 111A and a cathode 111C from both sides, and an electrolyte electrode junction 111 from one side in the vertical direction. It has a metal support portion 112 made of metal to support. The metal support cell 110M is superior in mechanical strength, rapid startability and the like as compared with the electrolyte-supported cell and the electrode-supported cell.

(電解質電極接合体111)
電解質電極接合体111は、図3、図4に示すように、電解質111Eを両側からアノード111Aおよびカソード111Cで挟持して構成される。
(Electrolyte electrode joint 111)
As shown in FIGS. 3 and 4, the electrolyte electrode junction 111 is configured by sandwiching the electrolyte 111E from both sides between the anode 111A and the cathode 111C.

電解質111Eは、カソード111Cからアノード111Aに向かって酸化物イオンを透過させるものである。電解質111Eは、酸化物イオンを通過させつつ、ガスと電子を通過させない。電解質111Eの形成材料は、例えば、イットリア、酸化ネオジム、サマリウム、ガドリニウム、スカンジウム等をドープした安定化ジルコニアなどの固体酸化物セラミックスが挙げられる。 The electrolyte 111E allows oxide ions to pass from the cathode 111C toward the anode 111A. The electrolyte 111E allows oxide ions to pass through but does not allow gas and electrons to pass through. Examples of the material for forming the electrolyte 111E include solid oxide ceramics such as stabilized zirconia doped with yttria, neodymium oxide, samarium, gadolinium, scandium and the like.

アノード111Aは、燃料極であって、アノードガス(例えば水素)と酸化物イオンを反応させて、アノードガスの酸化物を生成するとともに電子を取り出す。アノード111Aは、還元雰囲気に耐性を有し、アノードガスを透過させ、電気(電子およびイオン)伝導度が高く、アノードガスを酸化物イオンと反応させる触媒作用を有する。アノード111Aの形成材料は、例えば、ニッケル等の金属、イットリア安定化ジルコニア等の酸化物イオン伝導体を混在させたものが挙げられる。 The anode 111A is a fuel electrode, and reacts an anode gas (for example, hydrogen) with an oxide ion to generate an oxide of the anode gas and extract electrons. The anode 111A has resistance to a reducing atmosphere, allows the anode gas to permeate, has high electrical (electron and ion) conductivity, and has a catalytic action of reacting the anode gas with oxide ions. Examples of the material for forming the anode 111A include a mixture of a metal such as nickel and an oxide ion conductor such as yttria-stabilized zirconia.

カソード111Cは、酸化剤極であって、カソードガス(例えば空気に含まれる酸素)と電子を反応させて、酸素分子を酸化物イオンに変換する。カソード111Cは、酸化雰囲気に耐性を有し、カソードガスを透過させ、電気(電子およびイオン)伝導度が高く、酸素分子を酸化物イオンに変換する触媒作用を有する。カソード111Cの形成材料は、例えば、ランタン、ストロンチウム、マンガン、コバルト等からなる酸化物が挙げられる。 The cathode 111C is an oxidant electrode, and reacts electrons with a cathode gas (for example, oxygen contained in air) to convert oxygen molecules into oxide ions. The cathode 111C has resistance to an oxidizing atmosphere, allows the cathode gas to pass through, has high electrical (electron and ion) conductivity, and has a catalytic action of converting oxygen molecules into oxide ions. Examples of the material for forming the cathode 111C include oxides made of lanthanum, strontium, manganese, cobalt and the like.

(メタルサポート部112)
メタルサポート部112は、図3、図4に示すように、電解質電極接合体111をアノード111Aの側から支持するものである。メタルサポート部112は、ガス透過性および電子伝導性を有する多孔質の金属である。メタルサポート部112の形成材料は、例えば、ニッケルやクロムを含有する耐食合金や耐食鋼、ステンレス鋼などが挙げられる。
(Metal support unit 112)
As shown in FIGS. 3 and 4, the metal support portion 112 supports the electrolyte electrode joint 111 from the side of the anode 111A. The metal support portion 112 is a porous metal having gas permeability and electron conductivity. Examples of the material for forming the metal support portion 112 include corrosion-resistant alloys containing nickel and chromium, corrosion-resistant steel, and stainless steel.

(セルフレーム113)
セルフレーム113は、図3、図4に示すように、メタルサポートセル110Mを周囲から保持するものである。セルフレーム113は、長手方向Yに沿って並べて配置された複数(本実施形態では、2つ)の開口部113Hを有する。セルフレーム113の開口部113Hには、メタルサポートセル110Mが配置される。メタルサポートセル110Mの外周は、セルフレーム113の開口部113Hの内縁に接合される。セルフレーム113の形成材料は、例えば、表面に絶縁処理が施された金属が挙げられる。
(Cell frame 113)
As shown in FIGS. 3 and 4, the cell frame 113 holds the metal support cell 110M from the surroundings. The cell frame 113 has a plurality of (two in this embodiment) openings 113H arranged side by side along the longitudinal direction Y. A metal support cell 110M is arranged in the opening 113H of the cell frame 113. The outer circumference of the metal support cell 110M is joined to the inner edge of the opening 113H of the cell frame 113. Examples of the material for forming the cell frame 113 include a metal having an insulating surface.

セルフレーム113は、図3に示すように、アノードガスが流通するアノードガス第1流入口113a、アノードガス第2流入口113b、アノードガス第3流入口113c、アノードガス第1流出口113dおよびアノードガス第2流出口113eを有している。 As shown in FIG. 3, the cell frame 113 includes an anode gas first inlet 113a, an anode gas second inlet 113b, an anode gas third inlet 113c, an anode gas first outlet 113d, and an anode through which the anode gas flows. It has a gas second outlet 113e.

(セパレータ120)
セパレータ120は、図2に示すように、Z方向に隣り合うメタルサポートセル110Mの間に配置される。セパレータ120には、図5~図8に示すように、メタルサポートセル110Mとの間にガスが流通する主流路R1が設けられる。また、セパレータ120には、図5~図8に示すように、セルフレーム113との間にガスが流通可能なバイパス流路R2が設けられる。主流路R1およびバイパス流路R2の詳細な構成については後述する。セパレータ120の形成材料は、例えば、金属が挙げられる。
(Separator 120)
As shown in FIG. 2, the separator 120 is arranged between the metal support cells 110M adjacent to each other in the Z direction. As shown in FIGS. 5 to 8, the separator 120 is provided with a main flow path R1 through which gas flows between the separator 120 and the metal support cell 110M. Further, as shown in FIGS. 5 to 8, the separator 120 is provided with a bypass flow path R2 through which gas can flow between the separator 120 and the cell frame 113. The detailed configuration of the main flow path R1 and the bypass flow path R2 will be described later. Examples of the material for forming the separator 120 include metal.

セパレータ120は、図2に示すように、アノードガスが流通するアノードガス第1流入口120a、アノードガス第2流入口120b、アノードガス第3流入口120c、アノードガス第1流出口120dおよびアノードガス第2流出口120eを有している。 As shown in FIG. 2, the separator 120 includes an anode gas first inlet 120a, an anode gas second inlet 120b, an anode gas third inlet 120c, an anode gas first outlet 120d, and an anode gas. It has a second outlet 120e.

(集電補助層130)
集電補助層130は、図7、図8に示すように、メタルサポートセル110Mとセパレータ120との間に配置され、ガスを通す空間を形成しつつ面圧を均等にして、メタルサポートセル110Mとセパレータ120との電気的な接触を補助する。集電補助層130は、金網状のエキスパンドメタルなどがあげられる。また、本特性や機能を他要素で持たせることができる場合、集電補助層130を省くことも可能である。
(Current collector auxiliary layer 130)
As shown in FIGS. 7 and 8, the current collector auxiliary layer 130 is arranged between the metal support cell 110M and the separator 120, and the surface pressure is equalized while forming a space through which gas passes, and the metal support cell 110M is formed. Assists in electrical contact between the separator 120 and the separator 120. Examples of the current collecting auxiliary layer 130 include a wire mesh-like expanded metal. Further, if the present characteristics and functions can be provided by other elements, the current collecting auxiliary layer 130 can be omitted.

(マニホールド部150)
図1に示すマニホールド部150は、図2に示すセルフレーム113のアノードガス流出入口113a、113b、113c、113d、113eおよび、セパレータ120のアノードガス流出入口120a、120b、120c、120d、120eによって構成される。
(Manifold part 150)
The manifold portion 150 shown in FIG. 1 is composed of the anode gas outflow ports 113a, 113b, 113c, 113d, 113e of the cell frame 113 shown in FIG. 2 and the anode gas outflow ports 120a, 120b, 120c, 120d, 120e of the separator 120. Will be done.

(シール部160)
シール部160は、耐熱性およびシール性を有する材料から形成される。このような材料としては、例えば、バーミキュライト(蛭石)を主原料とするサーミキュライト(登録商標)が挙げられる。もしくは、ガラス成分からなるシールを用いることも可能である。
(Seal part 160)
The sealing portion 160 is formed of a material having heat resistance and sealing properties. Examples of such a material include thermiculite (registered trademark) whose main raw material is vermiculite (vermiculite). Alternatively, it is also possible to use a seal made of a glass component.

以下、図5~図10を参照して、主流路R1およびバイパス流路R2の構成について詳述する。なお、図9に示すように、バイパス流路R2を流通するガスの熱エネルギーは、主流路R1を流通するガスに対して供給される(図9の点線矢印参照)。このため、図10の丸部で覆うように、バイパス流路R2のバイパスフローとして低温部に供給される。 Hereinafter, the configurations of the main flow path R1 and the bypass flow path R2 will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 10. As shown in FIG. 9, the thermal energy of the gas flowing through the bypass flow path R2 is supplied to the gas flowing through the main flow path R1 (see the dotted line arrow in FIG. 9). Therefore, it is supplied to the low temperature portion as the bypass flow of the bypass flow path R2 so as to be covered with the circle portion in FIG.

(主流路R1)
主流路R1は、図5に示すように、凹凸形状がY方向に延在するように略直線状に形成されている。これにより、主流路R1に沿って流れるガスの流れ方向は、X方向である。
(Main flow path R1)
As shown in FIG. 5, the main flow path R1 is formed in a substantially linear shape so that the uneven shape extends in the Y direction. As a result, the flow direction of the gas flowing along the main flow path R1 is the X direction.

主流路R1は、図7、図8に示すように、セパレータ120およびメタルサポートセル110Mとの間に形成されている。 As shown in FIGS. 7 and 8, the main flow path R1 is formed between the separator 120 and the metal support cell 110M.

主流路R1は、図8に示すように、Y方向に隣り合う主流路R1に対して空間的に連続する連続部R3を有する。Z方向から視たときに、連続部R3は、図5に示すように、流通方向の下方側(図5の下側)に向けて傾斜して構成されている。この構成によれば、バイパス流路R2を流れるガスが主流路R1に合流しやすくなるため、バイパス流路R2を流通するガスの熱エネルギーを、主流路R1を流通するガスに対して好適に補給することができる。 As shown in FIG. 8, the main flow path R1 has a continuous portion R3 that is spatially continuous with respect to the main flow paths R1 adjacent to each other in the Y direction. When viewed from the Z direction, the continuous portion R3 is configured to be inclined toward the lower side in the distribution direction (lower side in FIG. 5) as shown in FIG. According to this configuration, the gas flowing through the bypass flow path R2 easily joins the main flow path R1, so that the thermal energy of the gas flowing through the bypass flow path R2 is suitably supplied to the gas flowing through the main flow path R1. can do.

連続部R3は、図6に示すように、主流路R1を形成するセパレータ120の凸部121がX方向に沿って部分的に形成されていない個所に、形成されている。 As shown in FIG. 6, the continuous portion R3 is formed at a position where the convex portion 121 of the separator 120 forming the main flow path R1 is not partially formed along the X direction.

(バイパス流路R2)
バイパス流路R2は、図5に示すように、主流路R1のY方向(流通方向に対する幅方向)外方に設けられる。またバイパス流路R2は、図7、図8に示すように、セルフレーム113およびセパレータ120の間に設けられる。
(Bypass flow path R2)
As shown in FIG. 5, the bypass flow path R2 is provided outside the Y direction (width direction with respect to the distribution direction) of the main flow path R1. Further, as shown in FIGS. 7 and 8, the bypass flow path R2 is provided between the cell frame 113 and the separator 120.

バイパス流路R2は、図5に示すように、流通方向(X方向)の上流側では、円形状のマニホールド部150の外方に沿うように扇状に形成されており、流通方向の下流側では、X方向下向きに沿って形成されている。本実施形態において、バイパス流路R2は、X方向の下流に沿ってY方向の幅が同一となるように形成されている。 As shown in FIG. 5, the bypass flow path R2 is formed in a fan shape along the outer side of the circular manifold portion 150 on the upstream side in the distribution direction (X direction), and is formed in a fan shape on the downstream side in the distribution direction. , Is formed along the downward direction in the X direction. In the present embodiment, the bypass flow path R2 is formed so that the widths in the Y direction are the same along the downstream in the X direction.

バイパス流路R2の高さH2は、図7、図8に示すように、主流路R1の高さH1よりも高い。この構成によれば、主流路R1に比較してバイパス流路R2の方がガスの流通量が多くなり、バイパス流路R2を流通するガスの熱エネルギーを、主流路R1を流通するガスに対して好適に補給することができる。 As shown in FIGS. 7 and 8, the height H2 of the bypass flow path R2 is higher than the height H1 of the main flow path R1. According to this configuration, the amount of gas flowing in the bypass flow path R2 is larger than that in the main flow path R1, and the thermal energy of the gas flowing through the bypass flow path R2 is transferred to the gas flowing through the main flow path R1. Can be suitably replenished.

また、バイパス流路R2のZ方向は、図7、図8に示すように、セルフレーム113およびセパレータ120によって区画形成される。これに対して主流路R1のZ方向は、図7、図8に示すように、メタルサポートセル110Mおよびセパレータ120によって区画形成されている。すなわち、バイパス流路R2のZ方向を区画形成する部材の厚みは、主流路R1のZ方向を区画形成する部材の厚みよりも薄く形成されている。この構成によれば、主流路R1に比較してバイパス流路R2が低熱容量となるため、バイパス流路R2における熱損失を低減することができる。したがって、バイパス流路R2を流通するガスの熱エネルギーを、主流路R1を流通するガスに対して好適に補給することができる。 Further, as shown in FIGS. 7 and 8, the Z direction of the bypass flow path R2 is partitioned by the cell frame 113 and the separator 120. On the other hand, the Z direction of the main flow path R1 is partitioned by the metal support cell 110M and the separator 120, as shown in FIGS. 7 and 8. That is, the thickness of the member forming the Z direction of the bypass flow path R2 is thinner than the thickness of the member forming the Z direction of the main flow path R1. According to this configuration, since the bypass flow path R2 has a lower heat capacity than the main flow path R1, the heat loss in the bypass flow path R2 can be reduced. Therefore, the thermal energy of the gas flowing through the bypass flow path R2 can be suitably replenished to the gas flowing through the main flow path R1.

また、バイパス流路R2のY方向は、図7、図8に示すように、セパレータ120の外枠部122によって区画形成されている。外枠部122は、中空形状を備えている。この構成によれば、外枠部が中実形状である構成と比較して、外枠部122における熱容量を低減することができる。したがって、バイパス流路R2における熱損失を低減することができる。なお、外枠部が中実形状である構成も本発明に含まれるものとする。 Further, as shown in FIGS. 7 and 8, the Y direction of the bypass flow path R2 is partitioned by the outer frame portion 122 of the separator 120. The outer frame portion 122 has a hollow shape. According to this configuration, the heat capacity in the outer frame portion 122 can be reduced as compared with the configuration in which the outer frame portion has a solid shape. Therefore, the heat loss in the bypass flow path R2 can be reduced. It should be noted that the present invention also includes a configuration in which the outer frame portion has a solid shape.

なお、本実施形態では、外枠部122はセパレータ120と一体的に構成されているが、別体として構成されていてもよい。 In the present embodiment, the outer frame portion 122 is integrally configured with the separator 120, but may be configured as a separate body.

次に、図11~図14を参照して、比較例に係る燃料電池スタックと比較しつつ、本実施形態に係る燃料電池スタック10の作用効果について説明する。ここで、比較例に係る燃料電池スタックは、バイパス流路R2が設けられずに主流路R1のみ設けられる燃料電池スタックである。図11は、比較例に係る燃料電池スタックの、反応部への伝熱量を示す図である。図12は、比較例に係る燃料電池スタックの、温度分布の時間変化を示すグラフである。図13は、本実施形態に係る燃料電池スタック10の、反応部への伝熱量を示す図である。図14は、本実施形態に係る燃料電池スタックの、温度分布を示すグラフである。 Next, with reference to FIGS. 11 to 14, the operation and effect of the fuel cell stack 10 according to the present embodiment will be described while comparing with the fuel cell stack according to the comparative example. Here, the fuel cell stack according to the comparative example is a fuel cell stack in which only the main flow path R1 is provided without the bypass flow path R2. FIG. 11 is a diagram showing the amount of heat transferred to the reaction section of the fuel cell stack according to the comparative example. FIG. 12 is a graph showing the time change of the temperature distribution of the fuel cell stack according to the comparative example. FIG. 13 is a diagram showing the amount of heat transferred to the reaction section of the fuel cell stack 10 according to the present embodiment. FIG. 14 is a graph showing the temperature distribution of the fuel cell stack according to the present embodiment.

まず、図11、図12を参照して、比較例に係る燃料電池スタックの反応部への熱量の供給について説明する。ここでは仮想的に、反応部を3つの領域Ra、Rb、Rcに分けて説明する。 First, with reference to FIGS. 11 and 12, the supply of heat to the reaction unit of the fuel cell stack according to the comparative example will be described. Here, the reaction portion is virtually divided into three regions Ra, Rb, and Rc.

熱量Q0を持ったガスが主流路R1に流入すると、主流路R1の上流側の領域Raにおいて、熱量Qt1が奪われる。そして、領域Raを通過したガスは、熱量Q1=Q0-Qt1を備えて下流側に移動する。そして、領域Raの下流側に位置する領域Rbにおいて、熱量Qt2が奪われる。そして、領域Rbを通過したガスは熱量Q2=Q1-Qt2を備えて下流側に移動する。そして、領域Rbの下流側に位置する領域Rcにおいて、熱量Qt3が奪われる。そして、領域Rcを通過したガスは、熱量Q3=Q2-Qt3を備えて下流側に移動する。 When the gas having the calorific value Q0 flows into the main flow path R1, the calorific value Qt1 is deprived in the region Ra on the upstream side of the main flow path R1. Then, the gas that has passed through the region Ra has a calorific value Q1 = Q0-Qt1 and moves to the downstream side. Then, the heat quantity Qt2 is deprived in the region Rb located on the downstream side of the region Ra. Then, the gas that has passed through the region Rb has a calorific value Q2 = Q1-Qt2 and moves to the downstream side. Then, in the region Rc located on the downstream side of the region Rb, the heat quantity Qt3 is deprived. Then, the gas that has passed through the region Rc has a calorific value Q3 = Q2-Qt3 and moves to the downstream side.

このとき、領域Raにおいて奪われる熱量Qt1、領域Rbにおいて奪われる熱量Qt2、および領域Rcにおいて奪われる熱量Qt3の大小関係は、Qt1>Qt2>Qt3となる。 At this time, the magnitude relationship between the amount of heat Qt1 deprived in the region Ra, the amount of heat Qt2 deprived in the region Rb, and the amount of heat Qt3 deprived in the region Rc is Qt1> Qt2> Qt3.

このように比較例に係る燃料電池スタックでは、図12に示すように、上流側の温度が高く下流側の温度が低い、ガスの温度勾配が生じる。このような温度勾配が生じると、上流側よりも温度の低い下流側が閾値温度を超えるまでガスを流し続ける必要があり、SOFCの起動に時間がかかる。 As described above, in the fuel cell stack according to the comparative example, as shown in FIG. 12, a gas temperature gradient is generated in which the temperature on the upstream side is high and the temperature on the downstream side is low. When such a temperature gradient occurs, it is necessary to continue flowing gas until the downstream side, which has a lower temperature than the upstream side, exceeds the threshold temperature, and it takes time to start SOFC.

これに対して、本実施形態に係る燃料電池スタック10では、図13に示すように、熱量Qallを持ったガスが、燃料電池スタック10に流入する際に、まず主流路R1に流入する熱量Q0およびバイパス流路R2に流入する熱量Qbに分配される。主流路R1に流入した熱量Q0は、ディフューザー部である領域Raにおいて、熱量Qt1が奪われる。そして、熱量Qt1が奪われたガスは、熱量Q1=Q0-Qt1を備えて下流側に移動する。ここで、バイパス流路R2からQb1だけの熱量が補給されて、Q1´=Q1+Qb1だけの熱量を備えて下流側に移動する。そして、領域Raの下流側に位置する領域Rbにおいて、熱量Qt2が奪われる。そして、熱量Qt2が奪われたガスは熱量Q2=Q1´-Qt2を備えて下流側に移動する。ここで、バイパス流路R2からQb2だけの熱量が供給されて、Q2´=Q2+Qb2だけの熱量を備えて下流側に移動する。そして、領域Rbの下流側に位置する領域Rcにおいて、熱量Qt3が奪われる。そして、熱量Qt3が奪われたガスは熱量Q3=Q2´-Qt3を備えて下流側に移動する。 On the other hand, in the fuel cell stack 10 according to the present embodiment, as shown in FIG. 13, when the gas having the calorific value Qall flows into the fuel cell stack 10, the calorific value Q0 first flows into the main flow path R1. And the amount of heat Qb flowing into the bypass flow path R2 is distributed. The heat amount Q0 that has flowed into the main flow path R1 is deprived of the heat amount Qt1 in the region Ra that is the diffuser portion. Then, the gas from which the calorific value Qt1 has been deprived moves to the downstream side with the calorific value Q1 = Q0-Qt1. Here, the amount of heat of only Qb1 is replenished from the bypass flow path R2, and the amount of heat of only Q1'= Q1 + Qb1 is provided and moves to the downstream side. Then, the heat quantity Qt2 is deprived in the region Rb located on the downstream side of the region Ra. Then, the gas from which the calorific value Qt2 has been deprived moves to the downstream side with the calorific value Q2 = Q1'-Qt2. Here, the amount of heat of only Qb2 is supplied from the bypass flow path R2, and the amount of heat of only Q2'= Q2 + Qb2 is provided and the heat is moved to the downstream side. Then, in the region Rc located on the downstream side of the region Rb, the heat quantity Qt3 is deprived. Then, the gas from which the calorific value Qt3 has been deprived moves to the downstream side with the calorific value Q3 = Q2'-Qt3.

図14に示すように、点線で示される比較例に係る燃料電池スタックでは、温度勾配が大きい。これに対して、実線で示される本実施形態に係る燃料電池スタック10によれば、バイパス流路R2を流通するガスの熱エネルギーを、主流路R1を流通するガスに対して補給するため、温度勾配が比較例に対して、なだらかとなる。したがって、比較例に対して閾値温度に到達しやすくなり、起動までの時間を短縮することができる。 As shown in FIG. 14, the fuel cell stack according to the comparative example shown by the dotted line has a large temperature gradient. On the other hand, according to the fuel cell stack 10 according to the present embodiment shown by the solid line, the heat energy of the gas flowing through the bypass flow path R2 is replenished to the gas flowing through the main flow path R1, so that the temperature is increased. The gradient is gentle with respect to the comparative example. Therefore, it becomes easier to reach the threshold temperature as compared with the comparative example, and the time until activation can be shortened.

以上説明したように、本実施形態に係る燃料電池スタック10は、メタルサポートセル110Mおよびメタルサポートセル110Mの外周を保持するセルフレーム113を有するメタルサポートセルアッセンブリー110と、Z方向に隣り合うメタルサポートセル110Mの間に設けられるセパレータ120と、を有するセルユニット100を、Z方向に積層されてなる、固体酸化物形燃料電池の燃料電池スタック10である。燃料電池スタック10は、メタルサポートセル110Mおよびセパレータ120の間に設けられ、ガスが流通可能な主流路R1と、主流路R1のガスが流通する流通方向に対する幅方向外方であって、セルフレーム113およびセパレータ120の間に設けられ、ガスが流通可能なバイパス流路R2と、を有する。また、バイパス流路R2を流通するガスの熱エネルギーを、主流路R1を流通するガスに対して補給する。このように構成された燃料電池スタック10によれば、バイパス流路R2を流通するガスの熱エネルギーを、主流路R1を流通するガスに対して補給するため、バイパス流路R2が設けられない構成と比較して、温度勾配がなだらかとなる。したがって、比較例に対して閾値温度に到達しやすくなり、起動までの時間を短縮することができる。したがって新たな部品を追加することなく温度勾配をなだらかにすることができる。 As described above, the fuel cell stack 10 according to the present embodiment has a metal support cell assembly 110 having a cell frame 113 that holds the outer periphery of the metal support cell 110M and the metal support cell 110M, and a metal support adjacent to each other in the Z direction. It is a fuel cell stack 10 of a solid oxide fuel cell in which a cell unit 100 having a separator 120 provided between cells 110M is laminated in the Z direction. The fuel cell stack 10 is provided between the metal support cell 110M and the separator 120, and is outward in the width direction with respect to the main flow path R1 through which the gas can flow and the flow direction in which the gas of the main flow path R1 flows, and is a cell frame. It has a bypass flow path R2 provided between the 113 and the separator 120 through which gas can flow. Further, the thermal energy of the gas flowing through the bypass flow path R2 is replenished to the gas flowing through the main flow path R1. According to the fuel cell stack 10 configured in this way, the heat energy of the gas flowing through the bypass flow path R2 is replenished to the gas flowing through the main flow path R1, so that the bypass flow path R2 is not provided. Compared with, the temperature gradient becomes gentle. Therefore, it becomes easier to reach the threshold temperature as compared with the comparative example, and the time until activation can be shortened. Therefore, the temperature gradient can be smoothed without adding new parts.

また、バイパス流路R2は、主流路R1よりもZ方向の長さが長い。このように構成された燃料電池スタック10によれば、主流路R1に比較してバイパス流路R2の方がガスの流通量が多くなり、バイパス流路R2を流通するガスの熱エネルギーを、主流路R1を流通するガスに対して好適に補給することができる。 Further, the bypass flow path R2 has a longer length in the Z direction than the main flow path R1. According to the fuel cell stack 10 configured in this way, the amount of gas flowing in the bypass flow path R2 is larger than that in the main flow path R1, and the thermal energy of the gas flowing through the bypass flow path R2 is mainly used. The gas flowing through the road R1 can be suitably replenished.

また、バイパス流路R2は、セルフレーム113およびセパレータ120によって区画形成される。このように構成された燃料電池スタック10によれば、主流路R1に比較してバイパス流路R2が低熱容量となるため、バイパス流路R2における熱損失を低減することができる。したがって、バイパス流路R2を流通するガスの熱エネルギーを、主流路R1を流通するガスに対して好適に補給することができる。 Further, the bypass flow path R2 is partitioned by the cell frame 113 and the separator 120. According to the fuel cell stack 10 configured in this way, the bypass flow path R2 has a lower heat capacity than the main flow path R1, so that the heat loss in the bypass flow path R2 can be reduced. Therefore, the thermal energy of the gas flowing through the bypass flow path R2 can be suitably replenished to the gas flowing through the main flow path R1.

また、バイパス流路R2の幅方向の外方には、バイパス流路R2を形成する外枠部122が設けられ、外枠部122は中空形状を備える。このように構成された燃料電池スタック10によれば、外枠部が中実形状である構成と比較して、外枠部122における熱容量を低減することができる。したがって、バイパス流路R2における熱損失を低減することができる。 Further, an outer frame portion 122 forming the bypass flow path R2 is provided outside the bypass flow path R2 in the width direction, and the outer frame portion 122 has a hollow shape. According to the fuel cell stack 10 configured in this way, the heat capacity in the outer frame portion 122 can be reduced as compared with the configuration in which the outer frame portion has a solid shape. Therefore, the heat loss in the bypass flow path R2 can be reduced.

また、主流路R1は、幅方向に隣り合う主流路R1に対して空間的に連続する連続部R3を有する。このように構成された燃料電池スタック10によれば、連続部R3を介して、バイパス流路R2を流通するガスの熱エネルギーを、主流路R1を流通するガスに対して好適に補給することができる。 Further, the main flow path R1 has a continuous portion R3 that is spatially continuous with respect to the main flow paths R1 adjacent to each other in the width direction. According to the fuel cell stack 10 configured as described above, the thermal energy of the gas flowing through the bypass flow path R2 can be suitably supplied to the gas flowing through the main flow path R1 via the continuous portion R3. can.

また、連続部R3は、Y方向に対して、流通方向の下流側に向けて傾斜して構成されている。この構成によれば、バイパス流路R2を流れるガスが主流路R1に合流しやすくなるため、バイパス流路R2を流通するガスの熱エネルギーを、主流路R1を流通するガスに対して好適に補給することができる。 Further, the continuous portion R3 is configured to be inclined toward the downstream side in the distribution direction with respect to the Y direction. According to this configuration, the gas flowing through the bypass flow path R2 easily joins the main flow path R1, so that the thermal energy of the gas flowing through the bypass flow path R2 is suitably supplied to the gas flowing through the main flow path R1. can do.

以上、実施形態を通じて、本発明に係る燃料電池スタック10を説明したが、本発明は実施形態において説明した内容のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。 Although the fuel cell stack 10 according to the present invention has been described above through the embodiments, the present invention is not limited to the contents described in the embodiments, and may be appropriately modified based on the description of the scope of claims. Is possible.

例えば、上述した実施形態では、バイパス流路R2は、図5に示すように、流通方向に沿ってY方向の幅が一定となるように構成されていた。しかしながら、図15に示すように、バイパス流路R4は、流通方向(X方向)の下流につれて、流路幅が小さくなるように構成されていてもよい。この構成によれば、上述した実施形態に係る燃料電池スタック10と比較して、バイパス流路R4から主流路R1への流入量がより多くなる。したがって、バイパス流路R4を流通するガスの熱エネルギーを、主流路R1を流通するガスに対して好適に補給することができる。 For example, in the above-described embodiment, the bypass flow path R2 is configured so that the width in the Y direction is constant along the distribution direction, as shown in FIG. However, as shown in FIG. 15, the bypass flow path R4 may be configured so that the flow path width becomes smaller toward the downstream side in the flow direction (X direction). According to this configuration, the inflow amount from the bypass flow path R4 to the main flow path R1 is larger than that of the fuel cell stack 10 according to the above-described embodiment. Therefore, the thermal energy of the gas flowing through the bypass flow path R4 can be suitably replenished to the gas flowing through the main flow path R1.

また、図16に示すように、バイパス流路R5は、Z方向に向けて突出した圧力損失部90を有してもよい。圧力損失部90は、バイパス流路R5が主流路R1に対して合流する合流部Dよりも流通方向の下流側に設けられる。この構成によれば、上述した実施形態に係る燃料電池スタック10と比較して、バイパス流路R5から主流路R1への流入量がより多くなる。したがって、バイパス流路R5を流通するガスの熱エネルギーを、主流路R1を流通するガスに対して好適に補給することができる。また、圧力損失部90は、バイパス流路R5の最下流位置に設けられることが好ましい。この構成によれば、より好適にバイパス流路R5を流通するガスの熱エネルギーを、主流路R1を流通するガスに対して好適に補給することができる。 Further, as shown in FIG. 16, the bypass flow path R5 may have a pressure loss portion 90 protruding in the Z direction. The pressure loss portion 90 is provided on the downstream side in the flow direction with respect to the merging portion D where the bypass flow path R5 merges with the main flow path R1. According to this configuration, the inflow amount from the bypass flow path R5 to the main flow path R1 is larger than that of the fuel cell stack 10 according to the above-described embodiment. Therefore, the thermal energy of the gas flowing through the bypass flow path R5 can be suitably replenished to the gas flowing through the main flow path R1. Further, it is preferable that the pressure loss portion 90 is provided at the most downstream position of the bypass flow path R5. According to this configuration, the thermal energy of the gas flowing through the bypass flow path R5 can be more preferably supplied to the gas flowing through the main flow path R1.

また、上述した実施形態では、連続部R3は、Z方向から視たときに、図5に示すように、流通方向の下方側に向けて傾斜して構成されていた。しかしながら、連続部R31は、Z方向から視たときに、図17に示すように、Y方向に沿って構成されていてもよい。さらに、図18に示すように、連続部R3および連続部R31の両方が設けられてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the continuous portion R3 is configured to be inclined toward the lower side in the distribution direction as shown in FIG. 5 when viewed from the Z direction. However, the continuous portion R31 may be configured along the Y direction as shown in FIG. 17 when viewed from the Z direction. Further, as shown in FIG. 18, both the continuous portion R3 and the continuous portion R31 may be provided.

また、上述した実施形態では、主流路R1は上流側および下流側で圧力損失が同一となるような構成を有していた。しかしながら、主流路R11、R12、R13、R14は、下流側において上流側よりも圧力損失が小さくなるように構成されていてもよい。例えば、図19、図20に示すように、主流路R11、R12は、上流側および下流側においてピッチを互いに異ならせることによって、下流側において上流側よりも圧力損失が小さくなるように構成させることができる。また、図21、図22に示すように、主流路R13、R14は、上流側よりも圧力損失が小さくなるように下流側において突起部80を配置してもよい。このように、下流側において上流側よりも圧力損失が小さくなるように構成することによって、主流路R11、R12、R13、R14の下流側において圧力損失が小さくなるため、より好適にバイパス流路R2を流通するガスの熱エネルギーを、主流路R11、R12、R13、R14を流通するガスに対して好適に補給することができる。また、図20、図22に示すように、主流路R12、R14は、Y方向において内方に連れて圧力損失が小さくなるように構成することができる。この構成によれば、主流路R12、R14の下流側において、よりY方向の中央に、バイパス流路R2からの熱エネルギーを補給することができる。 Further, in the above-described embodiment, the main flow path R1 has a configuration in which the pressure loss is the same on the upstream side and the downstream side. However, the main flow paths R11, R12, R13, and R14 may be configured so that the pressure loss on the downstream side is smaller than that on the upstream side. For example, as shown in FIGS. 19 and 20, the main flow paths R11 and R12 are configured so that the pressure loss on the downstream side is smaller than that on the upstream side by making the pitches different from each other on the upstream side and the downstream side. Can be done. Further, as shown in FIGS. 21 and 22, the protrusions 80 may be arranged on the downstream side of the main flow paths R13 and R14 so that the pressure loss is smaller than that on the upstream side. In this way, by configuring the downstream side so that the pressure loss is smaller than that on the upstream side, the pressure loss is smaller on the downstream side of the main flow paths R11, R12, R13, and R14, so that the bypass flow path R2 is more preferable. The thermal energy of the gas flowing through the main flow paths R11, R12, R13, and R14 can be suitably replenished to the gas flowing through the main flow paths R11, R12, R13, and R14. Further, as shown in FIGS. 20 and 22, the main flow paths R12 and R14 can be configured so that the pressure loss decreases inward in the Y direction. According to this configuration, the heat energy from the bypass flow path R2 can be replenished to the center in the Y direction on the downstream side of the main flow paths R12 and R14.

また、上述した実施形態では、バイパス流路R2を流通するガスの熱エネルギーを、主流路R1を流通するガスに対して補給することによって、主流路R1を流通するガスを加熱した。しかしながら、バイパス流路R2を流通するガスの負の熱エネルギーを、主流路R1を流通するガスに対して補給することによって、主流路R1を流通するガスを冷却してもよい。 Further, in the above-described embodiment, the gas flowing through the main flow path R1 is heated by supplying the heat energy of the gas flowing through the bypass flow path R2 to the gas flowing through the main flow path R1. However, the gas flowing through the main flow path R1 may be cooled by supplying the negative heat energy of the gas flowing through the bypass flow path R2 to the gas flowing through the main flow path R1.

10 燃料電池スタック、
90 圧力損失部、
100 セルユニット、
110 メタルサポートセルアッセンブリー、
110M メタルサポートセル、
111 電解質電極接合体、
112 メタルサポート部、
120 セパレータ、
122 外枠部、
D 合流部、
R1、R11、R12、R13、R14、 主流路、
R2、R4、R5 バイパス流路、
R3、R31 連続部。
10 Fuel cell stack,
90 pressure loss part,
100 cell unit,
110 Metal Support Cell Assembly,
110M metal support cell,
111 Electrolyte electrode junction,
112 Metal support part,
120 separator,
122 outer frame,
D confluence,
R1, R11, R12, R13, R14, main flow path,
R2, R4, R5 bypass flow path,
R3, R31 continuous part.

Claims (10)

メタルサポートセルおよび前記メタルサポートセルの外周を保持するセルフレームを有するメタルサポートセルアッセンブリーと、
積層方向に隣り合う前記メタルサポートセルの間に設けられるセパレータと、を有するセルユニットを、前記積層方向に積層されてなる、固体酸化物形燃料電池の燃料電池スタックであって、
前記メタルサポートセルおよび前記セパレータの間に設けられ、ガスが流通可能な主流路と、
前記主流路の前記ガスが流通する流通方向に対する幅方向の外方であって、前記セルフレームおよび前記セパレータの間に設けられ、前記ガスが流通可能なバイパス流路と、を有し、
前記バイパス流路を流通する前記ガスの熱エネルギーを、前記主流路を流通する前記ガスに対して補給し、
前記バイパス流路は、前記セルフレームおよび前記セパレータによって区画形成される、燃料電池スタック。
A metal support cell assembly having a metal support cell and a cell frame that holds the outer circumference of the metal support cell, and
A fuel cell stack of a solid oxide fuel cell in which cell units having a separator provided between the metal support cells adjacent to each other in the stacking direction are laminated in the stacking direction.
A main flow path provided between the metal support cell and the separator and through which gas can flow,
It has a bypass flow path provided between the cell frame and the separator and through which the gas can flow, which is outside the width direction of the main flow path with respect to the flow direction in which the gas flows.
The thermal energy of the gas flowing through the bypass flow path is replenished with respect to the gas flowing through the main flow path.
The bypass flow path is a fuel cell stack formed by the cell frame and the separator .
メタルサポートセルおよび前記メタルサポートセルの外周を保持するセルフレームを有するメタルサポートセルアッセンブリーと、
積層方向に隣り合う前記メタルサポートセルの間に設けられるセパレータと、を有するセルユニットを、前記積層方向に積層されてなる、固体酸化物形燃料電池の燃料電池スタックであって、
前記メタルサポートセルおよび前記セパレータの間に設けられ、ガスが流通可能な主流路と、
前記主流路の前記ガスが流通する流通方向に対する幅方向の外方であって、前記セルフレームおよび前記セパレータの間に設けられ、前記ガスが流通可能なバイパス流路と、を有し、
前記バイパス流路を流通する前記ガスの熱エネルギーを、前記主流路を流通する前記ガスに対して補給し、
前記バイパス流路は、前記流通方向の下流に連れて、流路幅が小さくなるように構成されている、燃料電池スタック。
A metal support cell assembly having a metal support cell and a cell frame that holds the outer circumference of the metal support cell, and
A fuel cell stack of a solid oxide fuel cell in which cell units having a separator provided between the metal support cells adjacent to each other in the stacking direction are laminated in the stacking direction.
A main flow path provided between the metal support cell and the separator and through which gas can flow,
It has a bypass flow path provided between the cell frame and the separator and through which the gas can flow, which is outside the width direction of the main flow path with respect to the flow direction in which the gas flows.
The thermal energy of the gas flowing through the bypass flow path is replenished with respect to the gas flowing through the main flow path.
The bypass flow path is a fuel cell stack configured so that the flow path width becomes smaller toward the downstream side in the distribution direction .
前記バイパス流路は、少なくとも前記バイパス流路が前記主流路に対して合流する合流部よりも前記流通方向の下流側に、圧力損失を生じさせる圧力損失部を有する、請求項に記載の燃料電池スタック。 The fuel according to claim 2 , wherein the bypass flow path has a pressure loss portion that causes a pressure loss at least on the downstream side in the flow direction of the confluence portion where the bypass flow path merges with the main flow path. Battery stack. 前記圧力損失部は、前記バイパス流路の最下流位置に設けられる、請求項に記載の燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 3 , wherein the pressure loss portion is provided at the most downstream position of the bypass flow path. メタルサポートセルおよび前記メタルサポートセルの外周を保持するセルフレームを有するメタルサポートセルアッセンブリーと、
積層方向に隣り合う前記メタルサポートセルの間に設けられるセパレータと、を有するセルユニットを、前記積層方向に積層されてなる、固体酸化物形燃料電池の燃料電池スタックであって、
前記メタルサポートセルおよび前記セパレータの間に設けられ、ガスが流通可能な主流路と、
前記主流路の前記ガスが流通する流通方向に対する幅方向の外方であって、前記セルフレームおよび前記セパレータの間に設けられ、前記ガスが流通可能なバイパス流路と、を有し、
前記バイパス流路を流通する前記ガスの熱エネルギーを、前記主流路を流通する前記ガスに対して補給し、
前記主流路は、前記幅方向の内方に連れて圧力損失が小さくなるように構成されている、燃料電池スタック。
A metal support cell assembly having a metal support cell and a cell frame that holds the outer circumference of the metal support cell, and
A fuel cell stack of a solid oxide fuel cell in which cell units having a separator provided between the metal support cells adjacent to each other in the stacking direction are laminated in the stacking direction.
A main flow path provided between the metal support cell and the separator and through which gas can flow,
It has a bypass flow path provided between the cell frame and the separator and through which the gas can flow, which is outside the width direction of the main flow path with respect to the flow direction in which the gas flows.
The thermal energy of the gas flowing through the bypass flow path is replenished with respect to the gas flowing through the main flow path.
The main flow path is a fuel cell stack configured so that the pressure loss decreases inward in the width direction .
前記バイパス流路は、前記主流路よりも前記積層方向の長さが長い、請求項1~5のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 5 , wherein the bypass flow path has a longer length in the stacking direction than the main flow path. 前記バイパス流路の前記幅方向の外方には、前記バイパス流路を形成する外枠部が設けられ、
前記外枠部は中空形状を備える、請求項1~6のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。
An outer frame portion forming the bypass flow path is provided on the outer side of the bypass flow path in the width direction.
The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 6, wherein the outer frame portion has a hollow shape.
前記主流路は、前記幅方向に隣り合う前記主流路に対して空間的に連続する連続部を有する、請求項1~7のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 7, wherein the main flow path has a continuous portion spatially continuous with respect to the main flow path adjacent to the main flow path in the width direction. 前記連続部は、前記幅方向に対して、前記流通方向の下流側に向けて傾斜して構成されている、請求項8に記載の燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 8, wherein the continuous portion is configured to be inclined toward the downstream side in the distribution direction with respect to the width direction. 前記主流路は、下流側において上流側よりも圧力損失が小さくなるように構成されている、請求項1~9のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 9, wherein the main flow path is configured such that the pressure loss on the downstream side is smaller than that on the upstream side.
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