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JP7757221B2 - Complex - Google Patents

Complex

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JP7757221B2
JP7757221B2 JP2022044850A JP2022044850A JP7757221B2 JP 7757221 B2 JP7757221 B2 JP 7757221B2 JP 2022044850 A JP2022044850 A JP 2022044850A JP 2022044850 A JP2022044850 A JP 2022044850A JP 7757221 B2 JP7757221 B2 JP 7757221B2
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JP
Japan
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end plate
gas
hole
fuel
cell stack
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宏太 後藤
信行 堀田
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Morimura SOFC Technology Co Ltd
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Morimura SOFC Technology Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
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  • Fuel Cell (AREA)

Description

本明細書によって開示される技術は、複合体に関する。 The technology disclosed in this specification relates to composites.

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の1つとして、固体酸化物を含む電解質層を備える固体酸化物形の燃料電池(以下、「SOFC」という)が知られている。SOFCの構成単位である燃料電池単セル(以下、単に「単セル」という)は、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向(以下、「第1の方向」という)に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。 One type of fuel cell that generates electricity using the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen is the solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC"), which has an electrolyte layer containing solid oxide. A single fuel cell (hereinafter simply referred to as a "single cell"), which is the constituent unit of an SOFC, includes an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode that face each other in a specific direction (hereinafter referred to as the "first direction") across the electrolyte layer.

SOFCは、一般に、単セルを有する発電単位が、第1の方向に複数並べて配置された発電ブロックを備えるとともに、燃料極と空気極との一方である特定電極に面するガス室に連通するマニホールドが形成された燃料電池スタックの形態で利用される。燃料電池スタックは、さらに、エンド部材とガス通路部材と接合部材とを備える。エンド部材は、発電ブロックにおける第1の方向の一方側に配置されている。エンド部材には、第1の方向に貫通するとともにマニホールドに連通しているエンド貫通孔が形成されている。ガス通路部材は、エンド部材に対して第1の方向の上記一方側(発電ブロックとは反対側)に配置されている。ガス通路部材は、第1の方向に貫通し、かつ、エンド貫通孔に連通するガス貫通孔が形成された筒状体である。接合部材は、発電ブロックとエンド部材との間に配置されている(例えば、特許文献1参照)。 SOFCs are generally used in the form of a fuel cell stack, which includes a power generation block in which multiple power generation units, each having a single cell, are arranged in a first direction, and a manifold is formed that communicates with a gas chamber facing a specific electrode, either the fuel electrode or the air electrode. The fuel cell stack also includes an end member, a gas passage member, and a joining member. The end member is disposed on one side of the power generation block in the first direction. The end member has an end through-hole that penetrates in the first direction and communicates with the manifold. The gas passage member is disposed on the one side of the end member in the first direction (the side opposite the power generation block). The gas passage member is a cylindrical body that penetrates in the first direction and has a gas through-hole that communicates with the end through-hole. The joining member is disposed between the power generation block and the end member (see, for example, Patent Document 1).

特開2017-10804号公報JP 2017-10804 A

このように発電ブロックとエンド部材との間に接合部材が配置された燃料電池スタックでは、発電ブロックとエンド部材とが離間するように変位した場合、接合部材に引っ張り応力が発生し、接合部材による接合箇所が損傷するおそれがある、という課題がある。 In a fuel cell stack in which a joining member is disposed between the power generation block and the end member in this manner, if the power generation block and the end member are displaced apart, tensile stress is generated in the joining member, which may damage the joint formed by the joining member.

なお、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル(以下、「SOEC」という。)の構成単位である電解単セルを含む電解セル単位を複数備える電解セルスタックにも共通の課題である。本明細書では、燃料電池単セルと電解単セルとをまとめて電気化学反応単セルと呼び、燃料電池発電単位と電解セル単位とをまとめて電気化学反応単位と呼び、燃料電池スタックと電解セルスタックとをまとめて電気化学反応セルスタックと呼ぶ。また、このような課題は、SOFCやSOECに限らず、他のタイプの燃料電池や電解セルにも共通の課題である。さらに、このような課題は、電気化学反応セルスタック等に限らず、第1の部材と、その一方側に位置する第2の部材と、第1の部材と第2の部材との間に配置される接合部材とを備える複合体にも共通の課題である。 Note that these issues are also common to electrolysis cell stacks comprising multiple electrolysis cell units, each of which includes a single electrolysis cell, a constituent unit of a solid oxide electrolysis cell (hereinafter referred to as "SOEC") that generates hydrogen using the electrolysis reaction of water. In this specification, a single fuel cell cell and a single electrolysis cell are collectively referred to as a single electrochemical reaction cell, a fuel cell power generation unit and an electrolysis cell unit are collectively referred to as an electrochemical reaction unit, and a fuel cell stack and an electrolysis cell stack are collectively referred to as an electrochemical reaction cell stack. Furthermore, these issues are not limited to SOFCs and SOECs, but are also common to other types of fuel cells and electrolysis cells. Furthermore, these issues are not limited to electrochemical reaction cell stacks, but are also common to composites comprising a first member, a second member located on one side of the first member, and a joining member disposed between the first and second members.

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。 This specification discloses technology that can solve the above-mentioned problems.

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

(1)本明細書に開示される複合体は、第1の部材と、前記第1の部材に対して第1の方向の一方側に位置する第2の部材と、を備える、複合体において、前記第1の部材と前記第2の部材との間に配置された応力緩和部であって、溶接およびロウ付けの少なくとも一方により前記第1の部材に接合されるとともに前記第1の部材との接合部とは異なる領域に前記第1の部材に対して前記第1の方向に変位可能に構成された変位部分を有する応力緩和部と、前記第2の部材と前記応力緩和部との間に配置され、前記応力緩和部の少なくとも前記変位部分と前記第2の部材とを接合する接合部材と、を備える。 (1) The composite disclosed in this specification comprises a first member and a second member located on one side of the first member in a first direction, the composite also comprising: a stress relief portion disposed between the first member and the second member, the stress relief portion being joined to the first member by at least one of welding and brazing and having a displacement portion configured to be displaceable in the first direction relative to the first member in a region different from the joint with the first member; and a joining member disposed between the second member and the stress relief portion, joining at least the displacement portion of the stress relief portion to the second member.

本複合体では、接合部材が、応力緩和部を介して第1の部材に接合されるとともに、第2の部材に接合されている。応力緩和部は、溶接およびロウ付けの少なくとも一方により第1の部材に接合されるとともに、第1の部材に対して第1の方向(第1の部材と第2の部材との対向方向)に変位可能な変位部分を有する構成とされている。そのため、第1の部材と第2の部材とが離間するように変位しても、その変位に追従するように応力緩和部が変位することにより、接合部材への応力発生が抑制される。これにより、本複合体によれば、第1の部材と第2の部材との離間変位に起因して接合部材による接合箇所が損傷することを抑制することができる。 In this composite, the joining member is joined to the first member and the second member via a stress relief portion. The stress relief portion is joined to the first member by at least one of welding and brazing, and is configured to have a displacement portion that is displaceable relative to the first member in a first direction (the direction in which the first member and the second member face each other). Therefore, even if the first member and the second member are displaced apart, the stress relief portion displaces to follow that displacement, thereby suppressing the generation of stress in the joining member. As a result, this composite can suppress damage to the joint points of the joining member caused by the displacement of the first member and the second member away from each other.

(2)上記複合体において、前記応力緩和部の前記第1の方向の剛性は、前記第1の部材の前記第1の方向の剛性よりも低い構成としてもよい。本複合体によれば、第1の部材と第2の部材との離間変位の際、第1の部材の変位に対する応力緩和部の追従性を低下させることができる。そのため、例えば、応力緩和部の剛性が第1の部材の剛性以上である構成に比べて、離間変位に伴って接合部材に生じる応力が軽減される。これにより、本複合体によれば、接合部材による接合箇所が損傷することを効果的に抑制することができる。 (2) In the above composite, the rigidity of the stress relief portion in the first direction may be lower than the rigidity of the first member in the first direction. This composite can reduce the ability of the stress relief portion to follow the displacement of the first member when the first member and the second member are displaced apart. Therefore, for example, compared to a configuration in which the rigidity of the stress relief portion is equal to or greater than the rigidity of the first member, the stress generated in the joining member due to the displacement is reduced. This allows the composite to effectively prevent damage to the joints formed by the joining members.

(3)上記複合体において、前記接合部材は、前記応力緩和部のうち、前記接合部とは異なる領域のみに接合されている構成としてもよい。本複合体によれば、例えば接合部材が応力緩和部の変位部分に加えて接合部に重なる領域に接合された構成に比べて、離間変位に伴って接合部材に生じる応力が軽減される。これにより、本複合体によれば、接合部材による接合箇所が損傷することを効果的に抑制することができる。 (3) In the above composite, the joining member may be configured to be joined only to a region of the stress relief section that is different from the joint section. With this composite, the stress generated in the joining member due to separation displacement is reduced compared to, for example, a configuration in which the joining member is joined to the displaced portion of the stress relief section as well as to a region that overlaps the joint section. As a result, with this composite, damage to the joint area caused by the joining member can be effectively suppressed.

(4)上記複合体において、前記第1の部材と前記第2の部材は、前記第1の方向に延びる流路に面し、前記応力緩和部の前記接合部は、前記第1の方向視で、前記接合部材に対して、前記流路とは反対側に配置されている構成としてもよい。本複合体によれば、流路側において第1の部材と第2の部材との離間変位が相対的に大きい場合、応力緩和部における流路側の部分が大きく変位するため、接合部材による接合箇所が損傷することを効果的に抑制することができる。 (4) In the above composite, the first member and the second member may face a flow path extending in the first direction, and the joint portion of the stress relief portion may be disposed on the opposite side of the flow path from the joining member when viewed in the first direction. According to this composite, when the separation displacement between the first member and the second member on the flow path side is relatively large, the portion of the stress relief portion on the flow path side is significantly displaced, thereby effectively preventing damage to the joint portion formed by the joining member.

(5)上記複合体において、前記第1の部材および第2の部材の一方の部材は、前記第1の方向の他方側に突出する立設部が形成されている構成としてもよい。本複合体によれば、第1の部材および第2の部材の一方の部材は、立設部を有している。このため、この立設部に力が加わることにより、第1の部材と第2の部材との離間変位が生じやすい。このような構成であっても、本発明を適用することにより、接合部材による接合箇所が損傷することを抑制することができる。 (5) In the above-described composite, one of the first and second members may be configured to have a standing portion formed thereon that protrudes toward the other side in the first direction. According to this composite, one of the first and second members has a standing portion. Therefore, when force is applied to this standing portion, the first and second members are likely to be displaced apart. Even in such a configuration, by applying the present invention, damage to the joints formed by the joining members can be suppressed.

(6)上記複合体は、前記第1の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位を備え、各前記電気化学反応単位は、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルを有しており、各前記電気化学反応単位における前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極との間でガスのやり取りを行う流路が形成されている、電気化学反応セルスタックでもよい。前記第1の部材と前記第2の部材とは、前記流路に面するとともに前記第1の方向に互いに並んで前記電気化学反応セルスタックを構成する部材であるとしてもよい。本複合体によれば、流路に面する2つの部材の間に位置する接合部材による接合箇所が損傷することを抑制することができる。 (6) The composite may be an electrochemical reaction cell stack comprising a plurality of electrochemical reaction units arranged in the first direction, each of which has an electrochemical reaction unit including an electrolyte layer and an air electrode and an anode facing each other in the first direction with the electrolyte layer sandwiched therebetween, and in which a flow path is formed for gas exchange between a specific electrode, which is at least one of the air electrode and the anode, in each of the electrochemical reaction units. The first member and the second member may be members that face the flow path and are aligned in the first direction to constitute the electrochemical reaction cell stack. This composite can prevent damage to the joint formed by the joining member located between the two members facing the flow path.

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、複数の電気化学反応単セルまたは電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタック(燃料電池スタックまたは電解セルスタック)、上記複合体、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。 The technology disclosed in this specification can be realized in various forms, such as an electrochemical reaction cell stack (fuel cell stack or electrolysis cell stack) comprising multiple electrochemical reaction units or electrochemical reaction cells, the above-mentioned composite, a manufacturing method thereof, etc.

本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図FIG. 1 is a perspective view showing the external configuration of a fuel cell stack 100 according to an embodiment of the present invention. 図1のII-IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図FIG. 2 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 taken along the line II-II in FIG. 1. 図1のIII-IIIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図FIG. 2 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 taken along the line III-III in FIG. 1. 図1のIV-IVの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図FIG. 4 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100 taken along the line IV-IV in FIG. 図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図FIG. 3 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two adjacent power generating units 102 at the same position as the cross-section shown in FIG. 2 . 図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図FIG. 4 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two adjacent power generating units 102 at the same position as the cross-section shown in FIG. 3 . 図4に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図FIG. 5 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of two adjacent power generating units 102 at the same position as the cross-section shown in FIG. 図5のVIII-VIIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図FIG. 8 is an explanatory diagram showing the XY cross-sectional structure of the power generating unit 102 at the position VIII-VIII in FIG. 5. 図5のIX-IXの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図FIG. 6 is an explanatory diagram showing the XY cross-sectional structure of the power generating unit 102 at the position IX-IX in FIG. 5. 下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との接合構造を拡大して示す説明図FIG. 10 is an explanatory diagram showing an enlarged view of the joining structure between the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420. 図10のXI-XIの位置におけるガラスシール部材197等のXY平面構成を示す説明図FIG. 11 is an explanatory diagram showing the XY plane configuration of the glass seal member 197 and the like at the position XI-XI in FIG. 下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との離間変位の前後の状態を示す説明図10A and 10B are explanatory diagrams showing the states before and after the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420 are displaced apart from each other; 実施形態の変形例1における下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との接合構造を拡大して示す説明図FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an enlarged view of a joint structure between a lower end plate 106 and a lower terminal plate 420 in a first modified example of the embodiment. 実施形態の変形例2における下側エンドプレート106と燃料極側フレーム140との間の接合構造を拡大して示す説明図FIG. 10 is an explanatory diagram showing an enlarged view of the joint structure between the lower end plate 106 and the fuel electrode side frame 140 in a second modified example of the embodiment.

A.実施形態:
A-1.構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図であり、図2は、図1のII-IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図であり、図3は、図1のIII-IIIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図であり、図4は、図1のIV-IVの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図5以降についても同様である。燃料電池スタック100は、特許請求の範囲における複合体の一例であり、上下方向(Z軸方向)は、特許請求の範囲における第1の方向の一例である。
A. Embodiments:
A-1. composition:
(Configuration of fuel cell stack 100)
FIG. 1 is a perspective view showing the exterior configuration of a fuel cell stack 100 according to this embodiment. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 taken along line II-II in FIG. 1 . FIG. 3 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 taken along line III-III in FIG. 1 . FIG. 4 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 taken along line IV-IV in FIG. 1 . Each figure shows orthogonal X, Y, and Z axes for identifying directions. For convenience, the positive Z-axis direction will be referred to as the upward direction and the negative Z-axis direction will be referred to as the downward direction in this specification. However, the fuel cell stack 100 may actually be installed in an orientation different from these orientations. The same applies to FIG. 5 and subsequent figures. The fuel cell stack 100 is an example of a composite as defined in the claims, and the vertical direction (Z-axis direction) is an example of a first direction as defined in the claims.

燃料電池スタック100は、複数の(本実施形態では7つの)燃料電池発電単位(以下、単に「発電単位」という。)102と、末端セパレータ210と、上端プレート220と、下端プレート189と、一対のターミナルプレート410,420と、絶縁部200と、一対のエンドプレート104,106とを備える。7つの発電単位102は、所定の配列方向(本実施形態では上下方向)に並べて配置されている。一対のターミナルプレート410,420のうちの一方(以下、「上側ターミナルプレート410」という。)は、7つの発電単位102から構成される集合体(以下、「発電ブロック103」という。)の上側に配置されており、一対のターミナルプレート410,420のうちの他方(以下、「下側ターミナルプレート420」という。)は、発電ブロック103の下側に配置されている。末端セパレータ210は、上側ターミナルプレート410の上側に配置されており、下端プレート189は、下側ターミナルプレート420の下側に配置されている。絶縁部200は、末端セパレータ210の上側に配置されている。一対のエンドプレート104,106のうちの一方(以下、「上側エンドプレート104」という。)は、絶縁部200の上側に配置されており、一対のエンドプレート104,106のうちの他方(以下、「下側エンドプレート106」という。)は、下端プレート189の下側に配置されている。一対のエンドプレート104,106は、発電ブロック103と、末端セパレータ210と、下端プレート189と、一対のターミナルプレート410,420と、絶縁部200とを上下から挟むように配置されている。発電単位102は、特許請求の範囲における電気化学反応単位の一例である。 The fuel cell stack 100 includes a plurality of (seven in this embodiment) fuel cell power generation units (hereinafter simply referred to as "power generation units") 102, an end separator 210, an upper end plate 220, a lower end plate 189, a pair of terminal plates 410, 420, an insulating section 200, and a pair of end plates 104, 106. The seven power generation units 102 are arranged in a predetermined arrangement direction (vertical direction in this embodiment). One of the pair of terminal plates 410, 420 (hereinafter referred to as the "upper terminal plate 410") is located above the assembly (hereinafter referred to as the "power generation block 103") consisting of the seven power generation units 102, and the other of the pair of terminal plates 410, 420 (hereinafter referred to as the "lower terminal plate 420") is located below the power generation block 103. The terminal separator 210 is disposed above the upper terminal plate 410, and the lower end plate 189 is disposed below the lower terminal plate 420. The insulating section 200 is disposed above the terminal separator 210. One of the pair of end plates 104, 106 (hereinafter referred to as the "upper end plate 104") is disposed above the insulating section 200, and the other of the pair of end plates 104, 106 (hereinafter referred to as the "lower end plate 106") is disposed below the lower end plate 189. The pair of end plates 104, 106 are disposed to sandwich the power generation block 103, the terminal separator 210, the lower end plate 189, the pair of terminal plates 410, 420, and the insulating section 200 from above and below. The power generation unit 102 is an example of an electrochemical reaction unit as defined in the claims.

図1および図4に示すように、燃料電池スタック100を構成する各層(発電ブロック103、末端セパレータ210、下端プレート189、一対のターミナルプレート410,420、および、絶縁部200)のZ軸方向回りの外周の4つの角部付近には、各層を上下方向に貫通する孔が形成されている。上側エンドプレート104のZ軸方向回りの外周の4つの角部付近には、孔(ネジ孔)が貫通形成されており、下側エンドプレート106のZ軸方向回りの外周の4つの角部付近には、孔(ネジ孔)が貫通形成されている。これらの各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、上下方向に延びるボルト孔109を構成している。以下の説明では、ボルト孔109を構成するために燃料電池スタック100の各層に形成された孔も、ボルト孔109と呼ぶ場合がある。 As shown in Figures 1 and 4, holes that penetrate each layer in the vertical direction are formed near the four corners of the outer periphery around the Z-axis of each layer (power generation block 103, terminal separator 210, lower end plate 189, pair of terminal plates 410, 420, and insulating section 200) that make up the fuel cell stack 100. Holes (screw holes) are formed near the four corners of the outer periphery around the Z-axis of the upper end plate 104, and holes (screw holes) are formed near the four corners of the outer periphery around the Z-axis of the lower end plate 106. Corresponding holes formed in these layers communicate with each other in the vertical direction to form bolt holes 109 that extend in the vertical direction. In the following description, the holes formed in each layer of the fuel cell stack 100 to form bolt holes 109 may also be referred to as bolt holes 109.

各ボルト孔109にはボルト22が挿入されている。各ボルト22の上端部は、上側エンドプレート104の孔を介してナット24のネジ孔に螺合しており、各ボルト22の下端部は、下側エンドプレート106の孔を介してナット24のネジ孔に螺合している。このような構成のボルト22およびナット24により、燃料電池スタック100の各層が一体に締結されている。 A bolt 22 is inserted into each bolt hole 109. The upper end of each bolt 22 is threaded into a threaded hole in a nut 24 through a hole in the upper end plate 104, and the lower end of each bolt 22 is threaded into a threaded hole in a nut 24 through a hole in the lower end plate 106. The bolts 22 and nuts 24 configured in this way fasten the layers of the fuel cell stack 100 together.

また、図1から図3に示すように、燃料電池スタック100を構成する各層(各発電単位102、下側ターミナルプレート420、下端プレート189、下側エンドプレート106)のZ軸方向回りの周縁部には、各層を上下方向に貫通する4つの孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、最上部の発電単位102から下側エンドプレート106にわたって上下方向に延びる連通孔108を構成している。以下の説明では、連通孔108を構成するために燃料電池スタック100の各層に形成された孔も、連通孔108と呼ぶ場合がある。なお、以下、連通孔108のうち、下側エンドプレート106に形成された孔を、特にエンド貫通孔107という。 As shown in Figures 1 to 3, four holes that penetrate each layer in the vertical direction are formed around the Z-axis peripheral edge of each layer (each power generating unit 102, lower terminal plate 420, lower end plate 189, and lower end plate 106) that make up the fuel cell stack 100. Corresponding holes formed in each layer are vertically connected to form communication holes 108 that extend vertically from the uppermost power generating unit 102 to the lower end plate 106. In the following description, the holes formed in each layer of the fuel cell stack 100 to form the communication holes 108 may also be referred to as communication holes 108. Note that, of the communication holes 108, the holes formed in the lower end plate 106 will hereinafter be referred to specifically as end through-holes 107.

図1および図2に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周を構成する1つの辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸正方向側の辺)の付近に位置する1つの連通孔108は、燃料電池スタック100の外部から酸化剤ガスOGが導入され、その酸化剤ガスOGを各発電単位102の後述する空気室166に供給するガス流路である酸化剤ガス供給マニホールド161として機能し、該辺の反対側の辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸負方向側の辺)の付近に位置する1つの連通孔108は、各発電単位102の空気室166から排出されたガスである酸化剤オフガスOOGを燃料電池スタック100の外部へ排出するガス流路である酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する。酸化剤ガス供給マニホールド161および酸化剤ガス排出マニホールド162は、各発電単位102の空気極114(後述)との間でガスのやり取りを行うガス流路である。なお、酸化剤ガスOGとしては、例えば空気が使用される。 1 and 2 , one communication hole 108 located near one side (the side on the positive X-axis of the two sides parallel to the Y-axis) that constitutes the outer periphery of the fuel cell stack 100 around the Z-axis functions as an oxidant gas supply manifold 161, which is a gas flow path through which oxidant gas OG is introduced from outside the fuel cell stack 100 and supplied to the air chamber 166 (described later) of each power generation unit 102. Another communication hole 108 located near the opposite side (the side on the negative X-axis of the two sides parallel to the Y-axis) functions as an oxidant gas discharge manifold 162, which is a gas flow path through which oxidant off-gas OOG, which is gas discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102, is discharged to the outside of the fuel cell stack 100. The oxidant gas supply manifold 161 and the oxidant gas discharge manifold 162 are gas flow paths that exchange gas with the air electrode 114 (described later) of each power generation unit 102. The oxidant gas OG may be, for example, air.

また、図1および図3に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周を構成する辺の内、上述した酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する連通孔108に最も近い辺の付近に位置する他の1つの連通孔108は、燃料電池スタック100の外部から燃料ガスFGが導入され、その燃料ガスFGを各発電単位102の後述する燃料室176に供給するガス流路である燃料ガス供給マニホールド171として機能し、上述した酸化剤ガス供給マニホールド161として機能する連通孔108に最も近い辺の付近に位置する他の1つの連通孔108は、各発電単位102の燃料室176から排出されたガスである燃料オフガスFOGを燃料電池スタック100の外部へ排出するガス流路である燃料ガス排出マニホールド172として機能する。燃料ガス供給マニホールド171および燃料ガス排出マニホールド172は、各発電単位102の燃料極116(後述)との間でガスのやり取りを行うガス流路である。なお、燃料ガスFGとしては、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。 1 and 3, among the sides constituting the outer periphery of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction, another communication hole 108 located near the side closest to the communication hole 108 functioning as the oxidant gas exhaust manifold 162 described above functions as a fuel gas supply manifold 171, which is a gas flow path through which fuel gas FG is introduced from outside the fuel cell stack 100 and supplied to the fuel chamber 176 (described later) of each power generation unit 102. Another communication hole 108 located near the side closest to the communication hole 108 functioning as the oxidant gas supply manifold 161 described above functions as a fuel gas exhaust manifold 172, which is a gas flow path through which fuel off-gas FOG, which is gas exhausted from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102, is exhausted to the outside of the fuel cell stack 100. The fuel gas supply manifold 171 and the fuel gas exhaust manifold 172 are gas flow paths that exchange gas with the anode 116 (described later) of each power generation unit 102. The fuel gas FG is, for example, hydrogen-rich gas obtained by reforming city gas.

図1から図3に示すように、燃料電池スタック100には、4つのガス通路部材27が設けられている。各ガス通路部材27は、例えばアルミニウムを含むフェライト系ステンレス等の導電材料(金属材料)により形成され、中空筒状の本体部28とフランジ部29とを有している。本体部28には、上下方向に貫通するガス貫通孔26が形成されている。本体部28の一端(上端)は、下側エンドプレート106に形成されたエンド貫通孔107に接続されている。具体的には、本体部28の上端は、エンド貫通孔107内に挿入され、例えば溶接により接合されている。なお、本体部28の上端の外径および内径は、本体部28の他端(下端)の外径および内径より小さくなっている。本体部28の板厚(外径と内径との差)は、例えば0.6mm以上、1.0mm以下とすることができる。フランジ部29は、本体部28の下端側から上下方向(Z軸方向)に垂直な面方向(XY平面に平行な方向)に張り出すように設けられている。なお、フランジ部29の上下方向視での形状は、略矩形状であり、4つの角部のそれぞれにはボルト孔29A(図1参照)が形成されている。各ボルト孔29Aには、燃料電池スタック100を外部装置に接続するためのボルト(図示しない)が挿入される。 As shown in Figures 1 to 3, the fuel cell stack 100 is provided with four gas passage members 27. Each gas passage member 27 is formed of a conductive material (metal material), such as ferritic stainless steel containing aluminum, and includes a hollow cylindrical main body 28 and a flange 29. A gas through hole 26 is formed in the main body 28, penetrating it in the vertical direction. One end (upper end) of the main body 28 is connected to an end through-hole 107 formed in the lower end plate 106. Specifically, the upper end of the main body 28 is inserted into the end through-hole 107 and joined thereto, for example, by welding. The outer and inner diameters of the upper end of the main body 28 are smaller than the outer and inner diameters of the other end (lower end) of the main body 28. The plate thickness (difference between the outer and inner diameters) of the main body 28 can be, for example, 0.6 mm or more and 1.0 mm or less. The flange portion 29 is provided so as to protrude from the lower end side of the main body portion 28 in a plane direction (a direction parallel to the XY plane) perpendicular to the vertical direction (Z-axis direction). The flange portion 29 has a substantially rectangular shape when viewed from the vertical direction, and a bolt hole 29A (see FIG. 1) is formed at each of the four corners. A bolt (not shown) is inserted into each bolt hole 29A to connect the fuel cell stack 100 to an external device.

図2に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド161の位置に配置されたガス通路部材27のガス貫通孔26は、酸化剤ガス供給マニホールド161に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド162の位置に配置されたガス通路部材27のガス貫通孔26は、酸化剤ガス排出マニホールド162に連通している。また、図3に示すように、燃料ガス供給マニホールド171の位置に配置されたガス通路部材27のガス貫通孔26は、燃料ガス供給マニホールド171に連通しており、燃料ガス排出マニホールド172の位置に配置されたガス通路部材27のガス貫通孔26は、燃料ガス排出マニホールド172に連通している。 As shown in FIG. 2, the gas through holes 26 of the gas passage member 27 arranged at the position of the oxidant gas supply manifold 161 are connected to the oxidant gas supply manifold 161, and the gas through holes 26 of the gas passage member 27 arranged at the position of the oxidant gas exhaust manifold 162 are connected to the oxidant gas exhaust manifold 162. Also, as shown in FIG. 3, the gas through holes 26 of the gas passage member 27 arranged at the position of the fuel gas supply manifold 171 are connected to the fuel gas supply manifold 171, and the gas through holes 26 of the gas passage member 27 arranged at the position of the fuel gas exhaust manifold 172 are connected to the fuel gas exhaust manifold 172.

(エンドプレート104,106の構成)
一対のエンドプレート104,106は、Z軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えば表面にアルミナの酸化被膜を形成するフェライト系ステンレス等の導電材料(金属材料)により形成されている。一対のエンドプレート104,106の中央付近には、それぞれ、Z軸方向に貫通する孔32,34が形成されている。Z軸方向視で、一対のエンドプレート104,106のそれぞれに形成された孔32,34の内周線は、後述する各単セル110の少なくとも一部を内包している。各ボルト22およびナット24による締結によって生じるZ軸方向の圧縮力は、主として各発電単位102の周縁部(後述する各単セル110より外周側の部分)に作用する。なお、エンドプレート104,106は、それぞれ、1枚の板状部材をプレス加工(屈曲)して形成されたものである。エンドプレート104,106の板厚は、例えば1mm以上、3mm以下とすることができ、ガス通路部材27の本体部28の板厚と同じ、またはガス通路部材27の本体部28の板厚より薄くてもよい。
(Configuration of end plates 104, 106)
The pair of end plates 104, 106 are flat, plate-shaped members with a generally rectangular outer shape as viewed in the Z-axis direction. They are made of a conductive material (metal material), such as ferritic stainless steel, with an alumina oxide coating formed on the surface. Holes 32, 34 are formed near the center of each of the pair of end plates 104, 106, respectively, penetrating in the Z-axis direction. As viewed in the Z-axis direction, the inner circumferential lines of the holes 32, 34 formed in each of the pair of end plates 104, 106 encompass at least a portion of each unit cell 110, described below. The compressive force in the Z-axis direction generated by fastening the bolts 22 and nuts 24 acts primarily on the periphery of each power generating unit 102 (the portion outer than each unit cell 110, described below). Each of the end plates 104, 106 is formed by pressing (bending) a single plate-shaped member. The thickness of the end plates 104 and 106 may be, for example, 1 mm or more and 3 mm or less, and may be the same as or thinner than the thickness of the main body 28 of the gas passage member 27 .

図2から図4に示すように、上側エンドプレート104は、平面部310と、凸部320と、を含んでいる。平面部310は、Z軸方向に垂直な面方向(XY平面に平行な方向)に沿った平坦部分である。具体的には、平面部310のZ軸方向視での形状は、全体として、矩形枠状である。なお、上述したボルト孔109を構成する孔は、平面部310におけるZ軸方向回りの周縁部に形成されている。凸部320は、平面部310から上側に突出したリブである。凸部320は、外側凸部322と、内側凸部324と、を有している。外側凸部322は、平面部310の外周部から上側に突出している。外側凸部322は、平面部310の外周部の全周にわたって形成されている。内側凸部324は、平面部310の内周部から上側に突出している。内側凸部324は、平面部310の内周部の全周にわたって形成されている。 As shown in Figures 2 to 4, the upper end plate 104 includes a planar portion 310 and a convex portion 320. The planar portion 310 is a flat portion along a surface direction perpendicular to the Z-axis direction (a direction parallel to the XY plane). Specifically, the planar portion 310 has an overall rectangular frame shape when viewed in the Z-axis direction. Note that the holes that form the bolt holes 109 described above are formed on the peripheral edge of the planar portion 310 around the Z-axis direction. The convex portion 320 is a rib that protrudes upward from the planar portion 310. The convex portion 320 has an outer convex portion 322 and an inner convex portion 324. The outer convex portion 322 protrudes upward from the outer periphery of the planar portion 310. The outer convex portion 322 is formed around the entire outer periphery of the planar portion 310. The inner convex portion 324 protrudes upward from the inner periphery of the planar portion 310. The inner convex portion 324 is formed around the entire inner periphery of the flat portion 310.

なお、本実施形態では、外側凸部322のZ軸方向視での形状は、全体として、矩形状である。具体的には、外側凸部322の形状は、矩形の各辺を構成する4つの直線状の辺部322Aと、互いに隣り合う辺部322A同士をつなぐ4つの円弧状の角部322Bとを有した形状である。また、内側凸部324のZ軸方向視での形状も、全体として、矩形状である。具体的には、内側凸部324の形状は、矩形の各辺を構成する4つの直線状の辺部324Aと、互いに隣り合う辺部324A同士をつなぐ4つの円弧状の角部324Bとを有した形状である。このように、凸部320は、角張った部分を有しない直線ないし曲線形状であるため、エンドプレート104が変形する際に凸部320の特定箇所に応力が集中することを抑制することができる。 In this embodiment, the shape of the outer convex portion 322 when viewed in the Z-axis direction is rectangular overall. Specifically, the shape of the outer convex portion 322 has four straight sides 322A that form each side of the rectangle and four arc-shaped corners 322B that connect adjacent sides 322A. The shape of the inner convex portion 324 when viewed in the Z-axis direction is also rectangular overall. Specifically, the shape of the inner convex portion 324 has four straight sides 324A that form each side of the rectangle and four arc-shaped corners 324B that connect adjacent sides 324A. In this way, because the convex portion 320 has a straight or curved shape without any angular portions, it is possible to prevent stress from concentrating at specific locations on the convex portion 320 when the end plate 104 deforms.

さらに、上側エンドプレート104の少なくとも1つの辺部322Aの外周面には、辺部322Aの長手方向に並ぶ複数の突起326(図1では2つ)が形成されている。下側エンドプレート106も、上側エンドプレート104と同様の形状になっている。例えば、燃料電池スタック100のY軸正方向側の面を下方に向けた姿勢で、燃料電池スタック100を所定の床面に配置する。この場合、上側エンドプレート104と下側エンドプレート106とのそれぞれに形成された複数の突起326が床面に接触することにより、発電ブロック103は床面から離間する。これにより、発電ブロック103が床面等に干渉することを抑制することができる。 Furthermore, the outer peripheral surface of at least one side 322A of the upper end plate 104 is formed with multiple protrusions 326 (two in Figure 1) aligned in the longitudinal direction of the side 322A. The lower end plate 106 is also shaped similarly to the upper end plate 104. For example, the fuel cell stack 100 is placed on a predetermined floor surface with the surface of the fuel cell stack 100 facing the positive Y-axis direction downward. In this case, the multiple protrusions 326 formed on each of the upper end plate 104 and the lower end plate 106 come into contact with the floor surface, separating the power generation block 103 from the floor surface. This prevents the power generation block 103 from interfering with the floor surface, etc.

また、下側エンドプレート106は、平面部510と、凸部520と、を含んでいる。平面部510は、Z軸方向に垂直な面方向(XY平面に平行な方向)に沿った平坦部分である。具体的には、平面部510のZ軸方向視での形状は、全体として、矩形枠状である。なお、上述したボルト孔109を構成する孔は、平面部510におけるZ軸方向回りの周縁部に形成されている。凸部520は、平面部510から下側に突出したリブである。凸部520は、外側凸部522と、内側凸部524と、を有している。外側凸部522は、平面部510の外周部から下側に突出している。外側凸部522は、平面部510の外周部の全周にわたって形成されている。内側凸部524は、平面部510の内周部から下側に突出している。内側凸部524は、平面部510の内周部の全周にわたって形成されている。 The lower end plate 106 also includes a planar portion 510 and a convex portion 520. The planar portion 510 is a flat portion along a surface direction perpendicular to the Z-axis direction (a direction parallel to the XY plane). Specifically, the planar portion 510 has an overall rectangular frame shape when viewed in the Z-axis direction. The holes that form the bolt holes 109 described above are formed on the peripheral edge of the planar portion 510 around the Z-axis direction. The convex portion 520 is a rib that protrudes downward from the planar portion 510. The convex portion 520 has an outer convex portion 522 and an inner convex portion 524. The outer convex portion 522 protrudes downward from the outer periphery of the planar portion 510. The outer convex portion 522 is formed around the entire outer periphery of the planar portion 510. The inner convex portion 524 protrudes downward from the inner periphery of the planar portion 510. The inner convex portion 524 is formed around the entire inner periphery of the flat portion 510.

図2および図3に示すように、下側エンドプレート106には、補強部材600が固定されている。補強部材600は、平板部分610と、筒部分620と、を有する。平板部分610は、下側エンドプレート106の平面部510に平行な平板状の部分である。平板部分610の上下方向視での形状は、略矩形である。平板部分610は、下側エンドプレート106の平面部510から下方に離間した位置に配置されている。平板部分610の長手方向の一方側の辺は、外側凸部522の内壁面に接触し、例えば溶接により接合されており、平板部分610の長手方向の他方側の辺は、内側凸部524の内壁面に接触し、例えば溶接により接合されている。平板部分610には、ガス通路部材27の本体部28を挿入可能な貫通孔612が形成されている。筒部分620は、平板部分610の貫通孔612に連通する貫通孔622を有する円筒状の部分である。筒部分620は、平板部分610における貫通孔612の周囲部分から下側に突出するように形成されている。平板部分610の貫通孔612および筒部分620の貫通孔622を構成する内壁面がガス通路部材27の本体部28の外周面に接触し、例えば溶接により接合されている。平板部分610と筒部分620とは、一体に形成されている。補強部材600は、耐熱性材料や、下側エンドプレート106やガス通路部材27等と同一材料または熱膨張率が同じ材料により形成されていることが好ましく、例えば金属(フェライト系ステンレス等)により形成されている。 2 and 3, a reinforcing member 600 is fixed to the lower end plate 106. The reinforcing member 600 has a flat portion 610 and a tubular portion 620. The flat portion 610 is a flat portion parallel to the planar portion 510 of the lower end plate 106. The flat portion 610 has a generally rectangular shape when viewed from the top to bottom. The flat portion 610 is positioned below and spaced apart from the planar portion 510 of the lower end plate 106. One longitudinal edge of the flat portion 610 contacts the inner wall surface of the outer convex portion 522 and is joined thereto, for example, by welding, and the other longitudinal edge of the flat portion 610 contacts the inner wall surface of the inner convex portion 524 and is joined thereto, for example, by welding. A through hole 612 is formed in the flat portion 610, into which the main body 28 of the gas passage member 27 can be inserted. The tubular portion 620 is a cylindrical portion having a through hole 622 that communicates with the through hole 612 in the flat plate portion 610. The tubular portion 620 is formed to protrude downward from the periphery of the through hole 612 in the flat plate portion 610. The inner wall surfaces that define the through hole 612 in the flat plate portion 610 and the through hole 622 in the tubular portion 620 contact the outer peripheral surface of the main body 28 of the gas passage member 27 and are joined by, for example, welding. The flat plate portion 610 and the tubular portion 620 are integrally formed. The reinforcing member 600 is preferably formed from a heat-resistant material or the same material as the lower end plate 106, the gas passage member 27, etc., or a material with the same thermal expansion coefficient, such as a metal (such as ferritic stainless steel).

(ターミナルプレート410,420の構成)
一対のターミナルプレート410,420は、Z軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えば表面にアルミナの酸化被膜を形成するフェライト系ステンレス等の導電材料により形成されている。上側ターミナルプレート410の中央付近には、Z軸方向に貫通する孔412が形成されている。Z軸方向視で、上側ターミナルプレート410に形成された孔412の内周線は、後述する各単セル110を内包している。Z軸方向視で、一対のターミナルプレート410,420のそれぞれの一方側(X軸正方向側)の端部は、発電ブロック103から側方に張り出している。本実施形態では、上側ターミナルプレート410の張り出し部分は、燃料電池スタック100のプラス側の出力端子として機能し、下側ターミナルプレート420の張り出し部分は、燃料電池スタック100のマイナス側の出力端子として機能する。
(Configuration of terminal plates 410, 420)
The pair of terminal plates 410, 420 are flat members with a substantially rectangular outer shape as viewed in the Z-axis direction, and are formed of a conductive material such as ferritic stainless steel with an alumina oxide coating formed on the surface. A hole 412 is formed near the center of the upper terminal plate 410, penetrating in the Z-axis direction. As viewed in the Z-axis direction, the inner periphery of the hole 412 formed in the upper terminal plate 410 encompasses each of the unit cells 110 (described later). As viewed in the Z-axis direction, one end of each of the pair of terminal plates 410, 420 (the positive X-axis direction) protrudes laterally from the power generation block 103. In this embodiment, the protruding portion of the upper terminal plate 410 functions as a positive output terminal for the fuel cell stack 100, and the protruding portion of the lower terminal plate 420 functions as a negative output terminal for the fuel cell stack 100.

(上端プレート220の構成)
上端プレート220は、Z軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばステンレス等の導電材料により形成されている。上端プレート220は、発電ブロック103の上側に配置されており、発電ブロック103における上端に位置するインターコネクタ190(後述)に電気的に接続されている。本実施形態では、上端プレート220とインターコネクタ190とは、後述の燃料極側集電部材144と同一構造の接続部材を介して電気的に接続されている。
(Configuration of the upper end plate 220)
The upper end plate 220 is a flat member having a substantially rectangular outer shape when viewed in the Z-axis direction, and is made of a conductive material such as stainless steel. The upper end plate 220 is disposed above the power generation block 103, and is electrically connected to an interconnector 190 (described below) located at the upper end of the power generation block 103. In this embodiment, the upper end plate 220 and the interconnector 190 are electrically connected via a connecting member having the same structure as the fuel electrode side current collecting member 144 (described below).

(末端セパレータ210の構成)
末端セパレータ210は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔211が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。末端セパレータ210における貫通孔211を取り囲む部分(以下、「貫通孔周囲部」という。)は、上端プレート220の周縁部における上側の表面に例えば溶接により接合されている。末端セパレータ210は、上端プレート220と発電ブロック103との間の空間と燃料電池スタック100の外部空間とを区画する。
(Configuration of Terminal Separator 210)
The terminal separator 210 is a frame-shaped member formed of, for example, metal, with a substantially rectangular through-hole 211 formed near the center and penetrating in the vertical direction. The portion of the terminal separator 210 surrounding the through-hole 211 (hereinafter referred to as the "through-hole surrounding portion") is joined, for example by welding, to the upper surface of the peripheral portion of the upper end plate 220. The terminal separator 210 separates the space between the upper end plate 220 and the power generation block 103 from the space outside the fuel cell stack 100.

末端セパレータ210は、末端セパレータ210の貫通孔周囲部を含む内側部216と、内側部216より外周側に位置する外側部217と、内側部216と外側部217とを連結する連結部218とを備える。本実施形態では、内側部216および外側部217は、Z軸方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部218は、内側部216と外側部217との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状となっている。連結部218における下側(発電ブロック103側)の部分は凸部となっており、連結部218における上側(上側エンドプレート104側)の部分は凹部となっている。このため、連結部218は、Z軸方向における位置が内側部216および外側部217とは異なる部分を含んでいる。 The terminal separator 210 includes an inner portion 216 that includes the area surrounding the through-hole of the terminal separator 210, an outer portion 217 that is located radially outward of the inner portion 216, and a connecting portion 218 that connects the inner portion 216 and the outer portion 217. In this embodiment, the inner portion 216 and the outer portion 217 are generally flat plates that extend in a direction generally perpendicular to the Z-axis direction. The connecting portion 218 is curved so that it protrudes downward relative to both the inner portion 216 and the outer portion 217. The lower portion of the connecting portion 218 (toward the power generation block 103) is a convex portion, and the upper portion of the connecting portion 218 (toward the upper end plate 104) is a concave portion. Therefore, the connecting portion 218 includes a portion whose position in the Z-axis direction differs from that of the inner portion 216 and the outer portion 217.

(下端プレート189の構成)
下端プレート189は、Z軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばマイカ等の絶縁材料により形成されている。下端プレート189の周縁部は、下側ターミナルプレート420と下側エンドプレート106との間に挟み込まれており、これにより、下側ターミナルプレート420と下側エンドプレート106との絶縁性とが確保されている。
(Configuration of the lower end plate 189)
The lower end plate 189 is a flat member having a substantially rectangular outer shape when viewed in the Z-axis direction, and is made of an insulating material such as mica. The peripheral edge of the lower end plate 189 is sandwiched between the lower terminal plate 420 and the lower end plate 106, thereby ensuring insulation between the lower terminal plate 420 and the lower end plate 106.

(絶縁部200の構成)
絶縁部200は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔が形成されたフレーム状の部材であり、例えばマイカ等の絶縁材料により形成されている。絶縁部200は、上側エンドプレート104と末端セパレータ210との間に挟み込まれており、これにより、上側エンドプレート104と末端セパレータ210との絶縁性とが確保されている。
(Configuration of insulating section 200)
The insulating section 200 is a frame-shaped member with a substantially rectangular through-hole formed in the center in the vertical direction, and is made of an insulating material such as mica. The insulating section 200 is sandwiched between the upper end plate 104 and the terminal separator 210, thereby ensuring insulation between the upper end plate 104 and the terminal separator 210.

(発電単位102の構成)
図5は、図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図6は、図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図7は、図4に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。また、図8は、図5のVIII-VIIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図であり、図9は、図5のIX-IXの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。
(Configuration of power generation unit 102)
Fig. 5 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two adjacent power generating units 102 at the same position as the cross-section shown in Fig. 2, Fig. 6 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two adjacent power generating units 102 at the same position as the cross-section shown in Fig. 3, and Fig. 7 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of two adjacent power generating units 102 at the same position as the cross-section shown in Fig. 4. Also, Fig. 8 is an explanatory diagram showing the XY cross-sectional configuration of the power generating unit 102 at the position VIII-VIII in Fig. 5, and Fig. 9 is an explanatory diagram showing the XY cross-sectional configuration of the power generating unit 102 at the position IX-IX in Fig. 5.

図5から図7に示すように、発電単位102は、燃料電池単セル(以下、「単セル」という。)110と、単セル用セパレータ120と、空気極側フレーム130と、燃料極側フレーム140と、燃料極側集電部材144と、発電単位102の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ190および一対のIC用セパレータ180とを備えている。単セル用セパレータ120、空気極側フレーム130、燃料極側フレーム140、IC用セパレータ180におけるZ軸方向回りの周縁部には、各マニホールド161,162,171,172として機能する各連通孔108を構成する孔と、各ボルト孔109を構成する孔とが形成されている。 As shown in Figures 5 to 7, the power generation unit 102 includes a single fuel cell (hereinafter referred to as a "single cell") 110, a single cell separator 120, an air electrode side frame 130, an anode side frame 140, an anode side current collecting member 144, a pair of interconnectors 190 and a pair of IC separators 180 that form the top and bottom layers of the power generation unit 102. Holes that form the communication holes 108 that function as the manifolds 161, 162, 171, and 172, and holes that form the bolt holes 109, are formed in the peripheral portions around the Z-axis direction of the single cell separator 120, the air electrode side frame 130, the anode side frame 140, and the IC separator 180.

単セル110は、電解質層112と、電解質層112のZ軸方向の一方側(上側)に配置された空気極114と、電解質層112のZ軸方向の他方側(下側)に配置された燃料極116と、電解質層112と空気極114との間に配置された反応防止層118とを備える。なお、本実施形態の単セル110は、燃料極116で単セル110を構成する他の層(電解質層112、空気極114、反応防止層118)を支持する燃料極支持形の単セルである。単セル110は、特許請求の範囲における電気化学反応単セルの一例である。 The unit cell 110 comprises an electrolyte layer 112, an air electrode 114 disposed on one side (upper side) of the electrolyte layer 112 in the Z-axis direction, an anode 116 disposed on the other side (lower side) of the electrolyte layer 112 in the Z-axis direction, and a reaction prevention layer 118 disposed between the electrolyte layer 112 and the air electrode 114. The unit cell 110 of this embodiment is an anode-supported unit cell in which the anode 116 supports the other layers (electrolyte layer 112, air electrode 114, reaction prevention layer 118) that make up the unit cell 110. The unit cell 110 is an example of an electrochemical reaction unit cell as defined in the claims.

電解質層112は、Z軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、固体酸化物(例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア))を含むように構成されている。すなわち、本実施形態の単セル110は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池(SOFC)である。空気極114は、Z軸方向視で電解質層112より小さい略矩形の平板形状部材であり、例えばペロブスカイト型酸化物(例えば、LSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物))を含むように構成されている。燃料極116は、Z軸方向視で電解質層112と略同じ大きさの略矩形の平板形状部材であり、例えば、Ni(ニッケル)、Niとセラミック粒子からなるサーメット、Ni基合金等により形成されている。反応防止層118は、Z軸方向視で空気極114と略同じ大きさの略矩形の平板形状部材であり、例えばGDC(ガドリニウムドープセリア)を含むように構成されている。反応防止層118は、空気極114から拡散した元素(例えば、Sr)が電解質層112に含まれる元素(例えば、Zr)と反応して高抵抗な物質(例えば、SrZrO)が生成されることを抑制する機能を有する。空気極114および燃料極116は、特許請求の範囲における特定電極の一例である。 The electrolyte layer 112 is a substantially rectangular, flat-plate member when viewed in the Z-axis direction and is configured to contain a solid oxide (e.g., YSZ (yttria-stabilized zirconia)). That is, the unit cell 110 of this embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) that uses a solid oxide as an electrolyte. The air electrode 114 is a substantially rectangular, flat-plate member that is smaller than the electrolyte layer 112 when viewed in the Z-axis direction and is configured to contain, for example, a perovskite-type oxide (e.g., LSCF (lanthanum strontium cobalt iron oxide)). The anode 116 is a substantially rectangular, flat-plate member that is substantially the same size as the electrolyte layer 112 when viewed in the Z-axis direction and is formed of, for example, Ni (nickel), a cermet made of Ni and ceramic particles, a Ni-based alloy, or the like. The reaction prevention layer 118 is a substantially rectangular, flat-plate member that is substantially the same size as the air electrode 114 when viewed in the Z-axis direction and is configured to contain, for example, GDC (gadolinium-doped ceria). The reaction prevention layer 118 has the function of suppressing the generation of a highly resistive substance (e.g., SrZrO 3 ) caused by the reaction of an element (e.g., Sr) diffused from the cathode 114 with an element (e.g., Zr) contained in the electrolyte layer 112. The cathode 114 and the anode 116 are examples of specific electrodes in the claims.

単セル用セパレータ120は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔121が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。単セル用セパレータ120における貫通孔121を取り囲む部分(以下、「貫通孔周囲部」という。)は、単セル110(電解質層112)の周縁部における上側の表面に対向している。単セル用セパレータ120は、その対向した部分に配置されたロウ材(例えばAgロウ)により形成された接合部124により、単セル110(電解質層112)と接合されている。単セル用セパレータ120により、空気極114に面する空気室166と燃料極116に面する燃料室176とが区画され、単セル110の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリーク(クロスリーク)が抑制される。 The single cell separator 120 is a frame-shaped component formed of, for example, metal, with a substantially rectangular through-hole 121 formed vertically near the center. The portion of the single cell separator 120 surrounding the through-hole 121 (hereinafter referred to as the "through-hole periphery") faces the upper surface of the peripheral edge of the single cell 110 (electrolyte layer 112). The single cell separator 120 is joined to the single cell 110 (electrolyte layer 112) by a joint 124 formed with brazing material (e.g., Ag brazing) placed in the opposing portion. The single cell separator 120 separates an air chamber 166 facing the air electrode 114 from a fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116, thereby suppressing gas leakage (cross-leakage) from one electrode side to the other electrode side at the peripheral edge of the single cell 110.

単セル用セパレータ120は、単セル用セパレータ120の貫通孔周囲部を含む内側部126と、内側部126より外周側に位置する外側部127と、内側部126と外側部127とを連結する連結部128とを備える。本実施形態では、内側部126および外側部127は、Z軸方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部128は、内側部126と外側部127との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状となっている。連結部128における下側(燃料室176側)の部分は凸部となっており、連結部128における上側(空気室166側)の部分は凹部となっている。このため、連結部128は、Z軸方向における位置が内側部126および外側部127とは異なる部分を含んでいる。 The single-cell separator 120 includes an inner portion 126 that includes the area surrounding the through-holes of the single-cell separator 120, an outer portion 127 that is located radially outward of the inner portion 126, and a connecting portion 128 that connects the inner portion 126 and the outer portion 127. In this embodiment, the inner portion 126 and the outer portion 127 are generally flat plates that extend in a direction generally perpendicular to the Z-axis direction. The connecting portion 128 is curved so that it protrudes downward relative to both the inner portion 126 and the outer portion 127. The lower portion of the connecting portion 128 (facing the fuel chamber 176) is a convex portion, and the upper portion of the connecting portion 128 (facing the air chamber 166) is a concave portion. Therefore, the connecting portion 128 includes portions whose positions in the Z-axis direction differ from those of the inner portion 126 and the outer portion 127.

単セル用セパレータ120における貫通孔121付近には、ガラスを含むガラスシール部125が配置されている。ガラスシール部125は、接合部124に対して空気室166側に位置しており、単セル用セパレータ120の貫通孔周囲部の表面と、単セル110(本実施形態では電解質層112)の表面との両方に接触するように形成されている。ガラスシール部125により、単セル110の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリーク(クロスリーク)が効果的に抑制される。 A glass seal portion 125 containing glass is disposed near the through-hole 121 in the single-cell separator 120. The glass seal portion 125 is located on the air chamber 166 side of the joint portion 124 and is formed so as to contact both the surface surrounding the through-hole in the single-cell separator 120 and the surface of the single cell 110 (electrolyte layer 112 in this embodiment). The glass seal portion 125 effectively prevents gas leakage (cross leakage) from one electrode side to the other electrode side at the periphery of the single cell 110.

インターコネクタ190は、略矩形の平板形状の平板部150と、平板部150から空気極114側に突出した複数の略柱状の空気極側集電部134とを有する導電性の部材であり、金属(例えば、フェライト系ステンレス)により形成されている。本実施形態では、インターコネクタ190の表面(空気室166に面する表面)に、例えばスピネル型酸化物により構成された導電性の被覆層194が形成されている。以下では、被覆層194に覆われたインターコネクタ190を、単にインターコネクタ190という。インターコネクタ190(の各空気極側集電部134)は、例えばスピネル型酸化物により構成された導電性接合材196を介して、単セル110の空気極114に接合されており、これにより単セル110の空気極114に電気的に接続されている。インターコネクタ190は、発電単位102間の電気的導通を確保すると共に、発電単位102間での反応ガスの混合を抑制する。なお、本実施形態では、2つの発電単位102が隣接して配置されている場合、1つのインターコネクタ190は、隣接する2つの発電単位102に共有されている。すなわち、ある発電単位102における上側のインターコネクタ190は、その発電単位102の上側に隣接する他の発電単位102における下側のインターコネクタ190と同一部材である。また、燃料電池スタック100は下側ターミナルプレート420および下端プレート189を備えているため、燃料電池スタック100において最も下側に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ190を備えていない(図2から図4参照)。 The interconnector 190 is a conductive member having a substantially rectangular flat plate portion 150 and multiple substantially columnar air electrode-side current collecting portions 134 protruding from the flat plate portion 150 toward the air electrode 114. The interconnector 190 is made of metal (e.g., ferritic stainless steel). In this embodiment, a conductive coating layer 194, composed of, for example, a spinel-type oxide, is formed on the surface of the interconnector 190 (the surface facing the air chamber 166). Hereinafter, the interconnector 190 covered with the coating layer 194 will be simply referred to as the interconnector 190. The interconnector 190 (each of its air electrode-side current collecting portions 134) is bonded to the air electrode 114 of the single cell 110 via a conductive bonding material 196 composed of, for example, a spinel-type oxide, thereby electrically connecting the interconnector 190 to the air electrode 114 of the single cell 110. The interconnector 190 ensures electrical conductivity between the power generation units 102 and suppresses mixing of reactant gases between the power generation units 102. In this embodiment, when two power generating units 102 are arranged adjacent to each other, one interconnector 190 is shared by the two adjacent power generating units 102. That is, the upper interconnector 190 of one power generating unit 102 is made of the same material as the lower interconnector 190 of the other power generating unit 102 adjacent to the upper side of that power generating unit 102. Furthermore, because the fuel cell stack 100 includes a lower terminal plate 420 and a lower end plate 189, the power generating unit 102 located at the bottom of the fuel cell stack 100 does not include a lower interconnector 190 (see Figures 2 to 4).

IC用セパレータ180は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔181が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。IC用セパレータ180における貫通孔181を取り囲む部分(以下、「貫通孔周囲部」という。)は、インターコネクタ190の平板部150の周縁部における上側の表面に例えば溶接により接合されている。ある発電単位102に含まれる一対のIC用セパレータ180のうち、上側のIC用セパレータ180は、該発電単位102の空気室166と、該発電単位102に対して上側に隣り合う他の発電単位102の燃料室176とを区画する。また、ある発電単位102に含まれる一対のIC用セパレータ180のうち、下側のIC用セパレータ180は、該発電単位102の燃料室176と、該発電単位102に対して下側に隣り合う他の発電単位102の空気室166とを区画する。このように、IC用セパレータ180により、発電単位102の周縁部における発電単位102間のガスのリークが抑制される。なお、燃料電池スタック100において最も上側に位置する発電単位102の上側のインターコネクタ190に接合されたIC用セパレータ180は、上側ターミナルプレート410に電気的に接続されている。 The IC separator 180 is a frame-shaped member formed with a substantially rectangular through-hole 181 penetrating vertically near the center, and is made of, for example, metal. The portion of the IC separator 180 surrounding the through-hole 181 (hereinafter referred to as the "through-hole surrounding portion") is joined, for example by welding, to the upper surface of the peripheral portion of the flat portion 150 of the interconnector 190. Of a pair of IC separators 180 included in a certain power generating unit 102, the upper IC separator 180 separates the air chamber 166 of that power generating unit 102 from the fuel chamber 176 of the other power generating unit 102 adjacent to that power generating unit 102 on the upper side. Furthermore, of the pair of IC separators 180 included in a certain power generating unit 102, the lower IC separator 180 separates the fuel chamber 176 of that power generating unit 102 from the air chamber 166 of the other power generating unit 102 adjacent to that power generating unit 102 on the lower side. In this way, the IC separator 180 suppresses gas leakage between the power generating units 102 at the periphery of the power generating units 102. The IC separator 180 joined to the upper interconnector 190 of the power generating unit 102 located at the top of the fuel cell stack 100 is electrically connected to the upper terminal plate 410.

IC用セパレータ180は、IC用セパレータ180の貫通孔周囲部を含む内側部186と、内側部186より外周側に位置する外側部187と、内側部186と外側部187とを連結する連結部188とを備える。本実施形態では、内側部186および外側部187は、Z軸方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部188は、内側部186と外側部187との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状となっている。連結部188における下側(空気室166側)の部分は凸部となっており、連結部188における上側(燃料室176側)の部分は凹部となっている。このため、連結部188は、Z軸方向における位置が内側部186および外側部187とは異なる部分を含んでいる。 The IC separator 180 includes an inner portion 186 that includes the area surrounding the through-hole of the IC separator 180, an outer portion 187 that is located radially outward of the inner portion 186, and a connecting portion 188 that connects the inner portion 186 and the outer portion 187. In this embodiment, the inner portion 186 and the outer portion 187 are generally flat plates that extend in a direction generally perpendicular to the Z-axis direction. The connecting portion 188 is curved so that it protrudes downward relative to both the inner portion 186 and the outer portion 187. The lower portion of the connecting portion 188 (toward the air chamber 166) is a convex portion, and the upper portion of the connecting portion 188 (toward the fuel chamber 176) is a concave portion. Therefore, the connecting portion 188 includes portions whose positions in the Z-axis direction differ from those of the inner portion 186 and the outer portion 187.

図8に示すように、空気極側フレーム130は、中央付近にZ軸方向に貫通する略矩形の孔131が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム130の孔131は、空気極114に面する空気室166を構成する。空気極側フレーム130は、単セル用セパレータ120の周縁部における上側の表面と、上側のIC用セパレータ180の周縁部における下側の表面とに接触しており、両者の間のガスシール性(すなわち、空気室166のガスシール性)を確保するシール部材として機能する。また、空気極側フレーム130によって、発電単位102に含まれる一対のIC用セパレータ180間(すなわち、一対のインターコネクタ190間)が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム130には、酸化剤ガス供給マニホールド161と空気室166とを連通する酸化剤ガス供給連通孔132と、空気室166と酸化剤ガス排出マニホールド162とを連通する酸化剤ガス排出連通孔133とが形成されている。 As shown in FIG. 8 , the air electrode side frame 130 is a frame-shaped member with a substantially rectangular hole 131 formed near the center that penetrates in the Z-axis direction, and is formed from an insulating material such as mica. The hole 131 in the air electrode side frame 130 forms an air chamber 166 facing the air electrode 114. The air electrode side frame 130 is in contact with the upper surface of the peripheral portion of the single cell separator 120 and the lower surface of the peripheral portion of the upper IC separator 180, and functions as a sealing member that ensures gas sealing between the two (i.e., gas sealing of the air chamber 166). The air electrode side frame 130 also electrically insulates a pair of IC separators 180 (i.e., a pair of interconnectors 190) included in the power generation unit 102. The air electrode side frame 130 is also formed with an oxidant gas supply passage 132 that connects the oxidant gas supply manifold 161 to the air chamber 166, and an oxidant gas discharge passage 133 that connects the air chamber 166 to the oxidant gas discharge manifold 162.

図9に示すように、燃料極側フレーム140は、中央付近にZ軸方向に貫通する略矩形の孔141が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム140の孔141は、燃料極116に面する燃料室176を構成する。燃料極側フレーム140は、単セル用セパレータ120の周縁部における下側の表面と、下側のIC用セパレータ180の周縁部における上側の表面とに接触している。また、燃料極側フレーム140には、燃料ガス供給マニホールド171と燃料室176とを連通する燃料ガス供給連通孔142と、燃料室176と燃料ガス排出マニホールド172とを連通する燃料ガス排出連通孔143とが形成されている。 As shown in FIG. 9 , the fuel electrode side frame 140 is a frame-shaped member formed with a substantially rectangular hole 141 near the center that penetrates in the Z-axis direction, and is made of, for example, metal. The hole 141 in the fuel electrode side frame 140 forms a fuel chamber 176 that faces the fuel electrode 116. The fuel electrode side frame 140 is in contact with the lower surface of the peripheral portion of the single cell separator 120 and the upper surface of the peripheral portion of the lower IC separator 180. The fuel electrode side frame 140 also has a fuel gas supply communication hole 142 that connects the fuel gas supply manifold 171 with the fuel chamber 176, and a fuel gas discharge communication hole 143 that connects the fuel chamber 176 with the fuel gas discharge manifold 172.

図5から図7に示すように、燃料極側集電部材144は、燃料室176内に配置されている。燃料極側集電部材144は、インターコネクタ対向部146と、電極対向部145と、電極対向部145とインターコネクタ対向部146とをつなぐ連接部147とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部145は、燃料極116の下側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部146は、インターコネクタ190(の平板部150)の上側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も下側に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ190を備えていないため、該発電単位102における燃料極側集電部材144のインターコネクタ対向部146は、下側ターミナルプレート420に接触している。燃料極側集電部材144は、このような構成であるため、燃料極116とインターコネクタ190(または下端プレート189)とを電気的に接続する。なお、燃料極側集電部材144の電極対向部145とインターコネクタ対向部146との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー149が配置されている。そのため、燃料極側集電部材144が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位102の変形に追随し、燃料極側集電部材144を介した燃料極116とインターコネクタ190(または下側ターミナルプレート420)との電気的接続が良好に維持される。燃料極側集電部材144は、例えば、平板状の材料(例えば、厚さ10~200μmのニッケル箔)に複数の矩形の切り込みを入れ、該材料の上に複数の孔が形成されたシート状の燃料極側集電部材144を配置した状態で、複数の矩形部分を曲げ起こしてスペーサー149を挟むように加工することにより作製される。曲げ起こされた各矩形部分が電極対向部145となり、曲げ起こされた部分以外の穴が開いた状態の平板部分がインターコネクタ対向部146となり、電極対向部145とインターコネクタ対向部146とをつなぐ部分が連接部147となる。 As shown in Figures 5 to 7, the anode side current collecting member 144 is disposed within the fuel chamber 176. The anode side current collecting member 144 includes an interconnector facing portion 146, an electrode facing portion 145, and a connecting portion 147 connecting the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146, and is formed of, for example, nickel, a nickel alloy, stainless steel, or the like. The electrode facing portion 145 contacts the lower surface of the anode 116, and the interconnector facing portion 146 contacts the upper surface of the interconnector 190 (the flat portion 150 thereof). However, as described above, the power generating unit 102 located at the bottom of the fuel cell stack 100 does not include a lower interconnector 190, and therefore the interconnector facing portion 146 of the anode side current collecting member 144 in that power generating unit 102 contacts the lower terminal plate 420. The anode side current collecting member 144 has such a configuration, and electrically connects the anode 116 and the interconnector 190 (or the lower end plate 189). A spacer 149 made of, for example, mica is disposed between the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146 of the anode side current collecting member 144. This allows the anode side current collecting member 144 to follow deformation of the power generating unit 102 due to temperature cycles and reactant gas pressure fluctuations, and good electrical connection between the anode 116 and the interconnector 190 (or the lower terminal plate 420) via the anode side current collecting member 144 is maintained. The anode side current collecting member 144 is fabricated, for example, by making multiple rectangular cuts in a flat plate-like material (e.g., nickel foil having a thickness of 10 to 200 μm), placing a sheet-like anode side current collecting member 144 with multiple holes formed on the material, and bending and processing the multiple rectangular portions to sandwich the spacer 149. Each bent rectangular portion becomes the electrode facing portion 145, the flat portion with holes other than the bent portion becomes the interconnector facing portion 146, and the portion connecting the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146 becomes the connecting portion 147.

A-2.燃料電池スタック100の動作:
図2および図5に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド161の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28に接続されたガス配管(図示せず)を介して酸化剤ガスOGが供給されると、酸化剤ガスOGは、ガス通路部材27のガス貫通孔26を介して酸化剤ガス供給マニホールド161に供給され、酸化剤ガス供給マニホールド161から各発電単位102の酸化剤ガス供給連通孔132を介して、空気室166に供給される。また、図3および図6に示すように、燃料ガス供給マニホールド171の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料ガスFGが供給されると、燃料ガスFGは、ガス通路部材27のガス貫通孔26を介して燃料ガス供給マニホールド171に供給され、燃料ガス供給マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給連通孔142を介して、燃料室176に供給される。
A-2. Operation of the fuel cell stack 100:
2 and 5, when oxidant gas OG is supplied through a gas pipe (not shown) connected to the main body 28 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas supply manifold 161, the oxidant gas OG is supplied to the oxidant gas supply manifold 161 through the gas through hole 26 of the gas passage member 27, and then supplied from the oxidant gas supply manifold 161 to the air chamber 166 through the oxidant gas supply passage 132 of each power generating unit 102. Also, as shown in FIGS. 3 and 6, when fuel gas FG is supplied through a gas pipe (not shown) connected to the main body 28 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas supply manifold 171, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas supply manifold 171 through the gas through hole 26 of the gas passage member 27, and then supplied from the fuel gas supply manifold 171 to the fuel chamber 176 through the fuel gas supply passage 142 of each power generating unit 102.

各発電単位102の空気室166に酸化剤ガスOGが供給され、燃料室176に燃料ガスFGが供給されると、単セル110において酸化剤ガスOGおよび燃料ガスFGの電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位102において、単セル110の空気極114は上側のインターコネクタ190に電気的に接続され、燃料極116は燃料極側集電部材144を介して下側のインターコネクタ190(または、下側ターミナルプレート420)に電気的に接続されている。すなわち、燃料電池スタック100に含まれる複数の発電単位102は、電気的に直列に接続されている。また、最も上側に位置する発電単位102の上側のインターコネクタ190およびIC用セパレータ180は、上側ターミナルプレート410に電気的に接続されており、最も下側に位置する発電単位102の燃料極側集電部材144には、下側ターミナルプレート420が電気的に接続されている。そのため、燃料電池スタック100の出力端子として機能するターミナルプレート410,420から、各発電単位102において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、SOFCは、比較的高温(例えば600℃から1000℃)で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック100が加熱器(図示せず)により加熱されてもよい。 When oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generating unit 102 and fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, power is generated in the unit cell 110 through an electrochemical reaction between the oxidant gas OG and the fuel gas FG. This power generation reaction is exothermic. In each power generating unit 102, the air electrode 114 of the unit cell 110 is electrically connected to the upper interconnector 190, and the anode 116 is electrically connected to the lower interconnector 190 (or the lower terminal plate 420) via the anode-side current collecting member 144. In other words, the multiple power generating units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. The upper interconnector 190 and IC separator 180 of the uppermost power generating unit 102 are electrically connected to the upper terminal plate 410, and the anode-side current collecting member 144 of the lowermost power generating unit 102 is electrically connected to the lower terminal plate 420. Therefore, electrical energy generated in each power generation unit 102 is extracted from terminal plates 410, 420, which function as output terminals of the fuel cell stack 100. Note that, because SOFCs generate electricity at relatively high temperatures (e.g., 600°C to 1000°C), after startup, the fuel cell stack 100 may be heated by a heater (not shown) until the heat generated by power generation can maintain the high temperature.

図2および図5に示すように、各発電単位102の空気室166から酸化剤ガス排出連通孔133を介して酸化剤ガス排出マニホールド162に排出された酸化剤オフガスOOGは、酸化剤ガス排出マニホールド162の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28のガス貫通孔26を経て、当該本体部28に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。また、図3および図6に示すように、各発電単位102の燃料室176から燃料ガス排出連通孔143を介して燃料ガス排出マニホールド172に排出された燃料オフガスFOGは、燃料ガス排出マニホールド172の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28のガス貫通孔26を経て、当該本体部28に接続されたガス配管(図示しない)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。 As shown in FIGS. 2 and 5, the oxidant off-gas OOG discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102 through the oxidant gas discharge passage 133 to the oxidant gas discharge manifold 162 passes through the gas through-hole 26 in the main body 28 of the gas passage member 27 located at the position of the oxidant gas discharge manifold 162 and is discharged to the outside of the fuel cell stack 100 through a gas piping (not shown) connected to the main body 28. Also, as shown in FIGS. 3 and 6, the fuel off-gas FOG discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102 through the fuel gas discharge passage 143 to the fuel gas discharge manifold 172 passes through the gas through-hole 26 in the main body 28 of the gas passage member 27 located at the position of the fuel gas discharge manifold 172 and is discharged to the outside of the fuel cell stack 100 through a gas piping (not shown) connected to the main body 28.

なお、本実施形態の燃料電池スタック100は、各発電単位102において、空気室166における酸化剤ガスOGの主たる流れ方向(X軸正方向からX軸負方向へ向かう方向)と燃料室176における燃料ガスFGの主たる流れ方向(X軸負方向からX軸正方向へ向かう方向)とが略反対方向(互いに対向する方向)である、カウンターフロータイプのSOFCである。 The fuel cell stack 100 of this embodiment is a counterflow type SOFC in which, in each power generation unit 102, the main flow direction of the oxidant gas OG in the air chamber 166 (direction from the positive X-axis direction to the negative X-axis direction) and the main flow direction of the fuel gas FG in the fuel chamber 176 (direction from the negative X-axis direction to the positive X-axis direction) are substantially opposite directions (opposing each other).

A-3.下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との接合構造:
次に、本実施形態の燃料電池スタック100における下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との間の接合構造について説明する。図10は、下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との接合構造を拡大して示す説明図であり、図11は、図10のXI-XIの位置におけるガラスシール部材197等のXY平面構成を示す説明図である。図11には、酸化剤ガス供給マニホールド161に連通するガラスシール部材197が例示されている。下側エンドプレート106は、特許請求の範囲における第1の部材の一例であり、下側ターミナルプレート420は、特許請求の範囲における第2の部材の一例である。
A-3. Joint structure between the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420:
Next, the joining structure between the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420 in the fuel cell stack 100 of this embodiment will be described. Fig. 10 is an explanatory diagram showing an enlarged view of the joining structure between the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420, and Fig. 11 is an explanatory diagram showing the XY plane configuration of the glass seal member 197 and other components at position XI-XI in Fig. 10. Fig. 11 illustrates the glass seal member 197 that communicates with the oxidant gas supply manifold 161. The lower end plate 106 is an example of a first member in the claims, and the lower terminal plate 420 is an example of a second member in the claims.

図2から図4に示すように、本実施形態の下側エンドプレート106には、4つの立設部530が形成されている。図10に示すように、立設部530は、下側エンドプレート106の平面部510から下側(Z軸負方向側)に突出し、かつ、上下方向視で下側エンドプレート106のエンド貫通孔107を囲む筒状である。立設部530は、平面部510に一体的に形成されている。 As shown in Figures 2 to 4, four erected portions 530 are formed on the lower end plate 106 of this embodiment. As shown in Figure 10, the erected portions 530 protrude downward (toward the negative Z-axis direction) from the flat portion 510 of the lower end plate 106 and are cylindrical in shape surrounding the end through-hole 107 of the lower end plate 106 when viewed in the up-down direction. The erected portions 530 are formed integrally with the flat portion 510.

ガス通路部材27は、下側エンドプレート106の立設部530に接続されており、ガス通路部材27のガス流路が下側エンドプレート106のエンド貫通孔107に連通している。具体的には、ガス通路部材27の先端部分28aが立設部530の内周側に挿入されており、ガス通路部材27の先端部分28aと立設部530とが、例えば溶接等により接合されている。 The gas passage member 27 is connected to the upright portion 530 of the lower end plate 106, and the gas flow path of the gas passage member 27 communicates with the end through-hole 107 of the lower end plate 106. Specifically, the tip portion 28a of the gas passage member 27 is inserted into the inner periphery of the upright portion 530, and the tip portion 28a of the gas passage member 27 and the upright portion 530 are joined, for example, by welding.

下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との間には、応力緩和部700と、ガラス製のガラスシール部材197とが配置されている。ガラスシール部材197は、特許請求の範囲における接合部材の一例である。 A stress relief portion 700 and a glass seal member 197 made of glass are arranged between the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420. The glass seal member 197 is an example of a joining member within the scope of the claims.

図10および図11に示すように、応力緩和部700は、例えば弾性変形可能な平板状の部材であり、ガス通路部材27のガス貫通孔26に連通する孔708が貫通形成されている。孔708の上下方向視の形状は、酸化剤ガス供給マニホールド161の形状に対応した長孔状である。 As shown in Figures 10 and 11, the stress relief portion 700 is, for example, an elastically deformable flat member, and has a hole 708 formed therethrough that communicates with the gas through hole 26 of the gas passage member 27. The shape of the hole 708 when viewed from the top and bottom is an elongated hole that corresponds to the shape of the oxidant gas supply manifold 161.

応力緩和部700は、接合部702と、変位部分704と、支持部分706とを有している。接合部702は、応力緩和部700のうち、溶接およびロウ付けの少なくとも一方により下側エンドプレート106(平面部510)に接合されている部分である。接合部702は、孔708(ガス貫通孔26)の全周を囲むように環状に形成されている。図10および図11には、レーザ溶接により、応力緩和部700が下側エンドプレート106に接合された構成が例示されている。なお、接合部702の上下方向視の形状は、角部が丸みを帯びた略円環状であることが好ましい。 The stress relief portion 700 has a joint portion 702, a displacement portion 704, and a support portion 706. The joint portion 702 is the portion of the stress relief portion 700 that is joined to the lower end plate 106 (flat portion 510) by at least one of welding and brazing. The joint portion 702 is formed in an annular shape so as to surround the entire circumference of the hole 708 (gas through hole 26). Figures 10 and 11 show an example of a configuration in which the stress relief portion 700 is joined to the lower end plate 106 by laser welding. It is preferable that the shape of the joint portion 702 when viewed from the top to bottom is a substantially circular ring with rounded corners.

変位部分704は、応力緩和部700のうち、接合部702より内側(ガス貫通孔26側)に位置し、孔708を画定する部分である。変位部分704は、孔708の全周を囲むように形成された環状部分である。上述したように、応力緩和部700は、弾性変形可能な部材により形成されているため、変位部分704は、下側エンドプレート106に対して上下方向に変位可能に構成されている。本実施形態では、変位部分704は、変位部分704のうち、接合部702側の部分を起点に、ガス貫通孔26側の部分が下側エンドプレート106から上下方向に離間可能である。 The displacement portion 704 is a portion of the stress relief portion 700 that is located inside the joint portion 702 (on the gas through hole 26 side) and defines the hole 708. The displacement portion 704 is an annular portion formed to surround the entire circumference of the hole 708. As described above, the stress relief portion 700 is formed from an elastically deformable material, and therefore the displacement portion 704 is configured to be displaceable in the vertical direction relative to the lower end plate 106. In this embodiment, the portion of the displacement portion 704 on the gas through hole 26 side can be moved vertically away from the lower end plate 106, starting from the portion of the displacement portion 704 on the joint portion 702 side.

支持部分706は、応力緩和部700のうち、接合部702より外側(ガス貫通孔26とは反対側)に位置する部分である。支持部分706は、接合部702の全周を囲むように形成されている。なお、支持部分706も、下側エンドプレート106に対して上下方向に変位可能に構成されている。但し、支持部分706は、下側エンドプレート106に対して変位不能に接合されていてもよい。 The support portion 706 is a portion of the stress relief section 700 located outside the joint portion 702 (on the opposite side from the gas through hole 26). The support portion 706 is formed to surround the entire periphery of the joint portion 702. The support portion 706 is also configured to be displaceable in the vertical direction relative to the lower end plate 106. However, the support portion 706 may also be joined to the lower end plate 106 so that it cannot be displaced.

応力緩和部700の上下方向の剛性は、下側エンドプレート106の上下方向の剛性よりも低い。具体的には、本実施形態では、例えば、応力緩和部700と下側エンドプレート106とは、同一材料により形成されており、かつ、応力緩和部700の上下方向の厚さが、下側エンドプレート106の上下方向の厚さよりも薄くなっている。応力緩和部700の上下方向の厚さは、0.5mm以下であることが好ましく、例えば0.5m、0.3mm、0.1mmまたは0.05mmとすることができる。 The vertical rigidity of the stress relief portion 700 is lower than the vertical rigidity of the lower end plate 106. Specifically, in this embodiment, for example, the stress relief portion 700 and the lower end plate 106 are formed from the same material, and the vertical thickness of the stress relief portion 700 is thinner than the vertical thickness of the lower end plate 106. The vertical thickness of the stress relief portion 700 is preferably 0.5 mm or less, and can be, for example, 0.5 mm, 0.3 mm, 0.1 mm, or 0.05 mm.

ガラスシール部材197は、下側ターミナルプレート420と応力緩和部700との間に配置されている。ガラスシール部材197は、下側ターミナルプレート420と、応力緩和部700のうち、少なくとも変位部分704とを接合している。本実施形態では、ガラスシール部材197は、応力緩和部700のうち、接合部702とは異なる領域のみに接合されている。 The glass seal member 197 is disposed between the lower terminal plate 420 and the stress relief portion 700. The glass seal member 197 joins the lower terminal plate 420 to at least the displacement portion 704 of the stress relief portion 700. In this embodiment, the glass seal member 197 is joined only to an area of the stress relief portion 700 that is different from the joint portion 702.

具体的には、図11に示すように、ガラスシール部材197は、応力緩和部700における変位部分704上に形成されている。より具体的には、ガラスシール部材197は、応力緩和部700の孔708よりも外側であり、かつ、接合部702よりも内側の領域に形成されている。要するに、ガラスシール部材197は、接合部702から離間して位置に形成されている。また、ガラスシール部材197は、変位部分704のうち、接合部702とは反対側の端から離間した位置に形成されている。これにより、変位部分704の端部分に生じ得る変形がガラスシール部材197に伝わることに起因して接合箇所が損傷することを抑制することができる。ガラスシール部材197は、ガス貫通孔26(孔708)の全周を囲む環状である。ガラスシール部材197の厚みは例えば1.0mm以上、1.5mm以下とすることができる。 Specifically, as shown in FIG. 11 , the glass seal member 197 is formed on the displacement portion 704 of the stress relief portion 700. More specifically, the glass seal member 197 is formed in a region outside the hole 708 of the stress relief portion 700 and inside the joint portion 702. In other words, the glass seal member 197 is formed at a position spaced apart from the joint portion 702. Furthermore, the glass seal member 197 is formed at a position spaced apart from the end of the displacement portion 704 opposite the joint portion 702. This prevents damage to the joint portion due to deformation that may occur at the end portion of the displacement portion 704 being transmitted to the glass seal member 197. The glass seal member 197 is annular and surrounds the entire circumference of the gas through hole 26 (hole 708). The thickness of the glass seal member 197 can be, for example, 1.0 mm or more and 1.5 mm or less.

上述の通り、接合部702は、上下方向視で、ガラスシール部材197に対して、ガス貫通孔26とは反対側に配置されている(図10および図11参照)。ガス貫通孔26は、特許請求の範囲における流路の一例である。 As described above, the joint portion 702 is located on the opposite side of the glass seal member 197 from the gas through hole 26 when viewed from the top-bottom direction (see Figures 10 and 11). The gas through hole 26 is an example of a flow path within the scope of the claims.

A-4.本実施形態の効果:
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック100では、ガラスシール部材197が、応力緩和部700を介して下側エンドプレート106に接合されるとともに、下側ターミナルプレート420に接合されている(図10参照)。応力緩和部700は、溶接およびロウ付けの少なくとも一方により下側エンドプレート106に接合されている。また、応力緩和部700は、変位部分704を有しており、変位部分704は、下側エンドプレート106に対して上下方向に変位可能である。そのため、下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420とが離間するように変位しても、その変位に追従するように応力緩和部700の変位部分704が変位することによる、ガラスシール部材197への応力発生が抑制される。これにより、本実施形態によれば、下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との離間変位に起因してガラスシール部材197による接合箇所が損傷することを抑制することができる。
A-4. Effects of this embodiment:
As described above, in the fuel cell stack 100 of this embodiment, the glass seal member 197 is joined to the lower end plate 106 and to the lower terminal plate 420 via the stress absorbing portion 700 (see FIG. 10 ). The stress absorbing portion 700 is joined to the lower end plate 106 by at least one of welding and brazing. The stress absorbing portion 700 also has a displacement portion 704 that is vertically displaceable relative to the lower end plate 106. Therefore, even if the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420 are displaced apart, the displacement portion 704 of the stress absorbing portion 700 displaces accordingly, thereby suppressing stress generation in the glass seal member 197. As a result, this embodiment can suppress damage to the joint of the glass seal member 197 caused by the displacement of the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420 away from each other.

図12は、下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との離間変位の前後の状態を示す説明図である。図12(A)には、離間変位前の状態が示されており、図12(B)には、離間変位後の状態が示されている。上述したように、下側エンドプレート106には立設部530が形成されており、この立設部530にガス通路部材27が接続されている。例えばガス通路部材27に対して下方への引っ張り力(図12(A)参照)や左右方向からの外力が加わると、下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420とが離間するように下側エンドプレート106が変形する。具体的には、立設部530側が下方に位置するように平面部510が傾斜する(図12(B)参照)。 Figure 12 is an explanatory diagram showing the state before and after the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420 are displaced apart. Figure 12(A) shows the state before the displacement, and Figure 12(B) shows the state after the displacement. As described above, the lower end plate 106 has an upright portion 530, to which the gas passage member 27 is connected. For example, when a downward pulling force (see Figure 12(A)) or an external force from the left or right is applied to the gas passage member 27, the lower end plate 106 deforms so that the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420 are displaced apart. Specifically, the flat portion 510 is tilted so that the upright portion 530 is positioned downward (see Figure 12(B)).

ここで、仮に、応力緩和部700を備えず、下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420とがガラスシール部材197によって直接接合された構成では、下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との離間変位に応じた引っ張り応力がガラスシール部材197に直接加わる。すると、ガラスシール部材197による接合箇所が損傷し、下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との接合強度が低下するおそれがある。さらに、本実施形態では、下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420とのシール性が低下し、ガス漏れが発生するおそれがある。 Here, if the stress absorbing portion 700 were not provided and the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420 were directly joined by the glass seal member 197, tensile stress corresponding to the displacement of the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420 would be directly applied to the glass seal member 197. This could damage the joint formed by the glass seal member 197 and reduce the bond strength between the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420. Furthermore, in this embodiment, the sealability between the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420 would be reduced, potentially resulting in gas leakage.

これに対して、本実施形態では、上述したように、ガラスシール部材197が、応力緩和部700を介して下側エンドプレート106に接合されるとともに、下側ターミナルプレート420に接合されている。応力緩和部700の変位部分704は、下側エンドプレート106に対して上下方向に変位可能である。そのため、応力緩和部700は、下側エンドプレート106の変位に追従せずに、下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との離間変位前の状態を維持しようとする(図12(B)参照)。すなわち、下側ターミナルプレート420と応力緩和部700との距離の変化量は、下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との離間変位量よりも小さい。これにより、ガラスシール部材197への応力発生が抑制され、下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との離間変位に起因してガラスシール部材197による接合箇所が損傷することを抑制することができる。 In contrast, in this embodiment, as described above, the glass seal member 197 is bonded to the lower end plate 106 via the stress absorbing portion 700, and is also bonded to the lower terminal plate 420. The displacement portion 704 of the stress absorbing portion 700 is displaceable in the vertical direction relative to the lower end plate 106. Therefore, the stress absorbing portion 700 does not follow the displacement of the lower end plate 106, but instead attempts to maintain the state before the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420 were separated (see FIG. 12(B)). In other words, the amount of change in the distance between the lower terminal plate 420 and the stress absorbing portion 700 is smaller than the amount of separation displacement between the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420. This suppresses stress generation in the glass seal member 197 and prevents damage to the joint of the glass seal member 197 due to the separation displacement between the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420.

本実施形態では、応力緩和部700の上下方向の剛性は、下側エンドプレート106の上下方向の剛性よりも低い。これにより、下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との離間変位の際、下側エンドプレート106の変位に対する応力緩和部700の追従性を低下させることができる(図12(B)参照)。そのため、例えば、応力緩和部700の剛性が下側エンドプレート106の剛性以上である構成に比べて、離間変位に伴ってガラスシール部材197に生じる応力が軽減される。これにより、本実施形態によれば、ガラスシール部材197による接合箇所が損傷することを効果的に抑制することができる。 In this embodiment, the vertical rigidity of the stress absorbing portion 700 is lower than the vertical rigidity of the lower end plate 106. This reduces the ability of the stress absorbing portion 700 to follow the displacement of the lower end plate 106 when the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420 are displaced apart (see FIG. 12(B)). Therefore, compared to a configuration in which the rigidity of the stress absorbing portion 700 is equal to or greater than the rigidity of the lower end plate 106, for example, the stress generated in the glass seal member 197 due to the displacement is reduced. As a result, this embodiment effectively prevents damage to the joint formed by the glass seal member 197.

本実施形態では、ガラスシール部材197は、応力緩和部700のうち、接合部702とは異なる領域のみに接合されている(図10から図12参照)。そのため、例えばガラスシール部材197が応力緩和部700の変位部分704に加えて接合部702に重なる領域に接合された構成に比べて、離間変位に伴ってガラスシール部材197に生じる応力が軽減される。これにより、本実施形態によれば、ガラスシール部材197による接合箇所が損傷することを効果的に抑制することができる。 In this embodiment, the glass seal member 197 is bonded only to an area of the stress relief section 700 that is different from the bonding section 702 (see Figures 10 to 12). Therefore, compared to a configuration in which the glass seal member 197 is bonded to the displaced portion 704 of the stress relief section 700 as well as to an area that overlaps the bonding section 702, the stress generated in the glass seal member 197 due to the separation displacement is reduced. As a result, this embodiment can effectively prevent damage to the bonding section caused by the glass seal member 197.

本実施形態では、接合部702は、上下方向視で、ガラスシール部材197に対して、ガス貫通孔26とは反対側に配置されている(図10および図11参照)。そのため、ガス貫通孔26側において下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との離間変位が相対的に大きい場合でも(図12(B)参照)、応力緩和部700におけるガス貫通孔26側の部分が大きく変位するため、ガラスシール部材197による接合箇所が損傷することを効果的に抑制することができる。 In this embodiment, the joint portion 702 is positioned on the opposite side of the glass seal member 197 from the gas through hole 26 when viewed from the top-bottom direction (see Figures 10 and 11). Therefore, even if the separation displacement between the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420 on the gas through hole 26 side is relatively large (see Figure 12 (B)), the portion of the stress relief portion 700 on the gas through hole 26 side is largely displaced, effectively preventing damage to the joint portion formed by the glass seal member 197.

A-5.本実施形態の変形例1:
図13は、実施形態の変形例1における下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との接合構造を拡大して示す説明図である。以下では、本変形例1の構成の内、上述した実施形態の燃料電池スタック100の構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。
A-5. Modification 1 of this embodiment:
13 is an explanatory diagram showing an enlarged view of the joining structure between the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420 in Modification 1 of the embodiment. In the following, among the configurations of Modification 1, the same components as those of the fuel cell stack 100 of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted as appropriate.

上記実施形態では、応力緩和部700は、下側エンドプレート106に接合されていたが、本変形例1では、応力緩和部700aは、下側ターミナルプレート420に接合されている。具体的には、応力緩和部700aは、例えば弾性変形可能な平板状の部材であり、ガス通路部材27のガス貫通孔26に連通する孔708aが貫通形成されている。下側ターミナルプレート420は、特許請求の範囲における第1の部材の一例であり、下側エンドプレート106は、特許請求の範囲における第2の部材の一例である。 In the above embodiment, the stress relief portion 700 was joined to the lower end plate 106, but in this first modification, the stress relief portion 700a is joined to the lower terminal plate 420. Specifically, the stress relief portion 700a is, for example, an elastically deformable flat member, and has a hole 708a formed therethrough that communicates with the gas through hole 26 of the gas passage member 27. The lower terminal plate 420 is an example of a first member in the claims, and the lower end plate 106 is an example of a second member in the claims.

応力緩和部700aは、接合部702aと、変位部分704aとを有している。接合部702aは、応力緩和部700aのうち、溶接およびロウ付けの少なくとも一方により下側ターミナルプレート420に接合されている部分である。変位部分704aは、応力緩和部700aのうち、接合部702aより外側(ガス貫通孔26とは反対側)に位置する部分である。変位部分704aは、下側ターミナルプレート420に対して上下方向に変位可能に構成されている。ガラスシール部材197aは、下側エンドプレート106と、応力緩和部700aのうち、少なくとも変位部分704aとを接合している。ガラスシール部材197aは、特許請求の範囲における接合部材の一例である。 The stress relief portion 700a has a joint portion 702a and a displacement portion 704a. The joint portion 702a is the portion of the stress relief portion 700a that is joined to the lower terminal plate 420 by at least one of welding and brazing. The displacement portion 704a is the portion of the stress relief portion 700a that is located outside the joint portion 702a (on the opposite side from the gas through hole 26). The displacement portion 704a is configured to be displaceable in the vertical direction relative to the lower terminal plate 420. The glass seal member 197a joins the lower end plate 106 to at least the displacement portion 704a of the stress relief portion 700a. The glass seal member 197a is an example of a joining member within the scope of the claims.

例えばガス通路部材27(本体部28の先端部分28a)に対して下方への引っ張り力が加わると、下側エンドプレート106の立設部530側が下方に変位し、それに伴って、ガラスシール部材197aが下方に変位する。しかし、ガラスシール部材197aの変位に追従するように、応力緩和部700aの変位部分704aが下側ターミナルプレート420から離間して下方に変位するため、ガラスシール部材197aへの応力発生が抑制される。これにより、本変形例1によれば、下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との離間変位に起因してガラスシール部材197aによる接合箇所が損傷することを抑制することができる。 For example, when a downward pulling force is applied to the gas passage member 27 (tip portion 28a of the main body portion 28), the upright portion 530 of the lower end plate 106 is displaced downward, causing the glass seal member 197a to be displaced downward. However, the displaced portion 704a of the stress absorbing portion 700a is displaced downward and away from the lower terminal plate 420 in response to the displacement of the glass seal member 197a, thereby suppressing the generation of stress in the glass seal member 197a. As a result, according to this first variation, damage to the joint formed by the glass seal member 197a due to the displacement of the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420 can be suppressed.

A-6.本実施形態の変形例2:
図14は、実施形態の変形例2における下側エンドプレート106と燃料極側フレーム140との間の接合構造を拡大して示す説明図である。以下では、本変形例2の構成の内、上述した実施形態の燃料電池スタック100の構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。
A-6. Modification 2 of this embodiment:
14 is an explanatory diagram showing an enlarged view of the joining structure between the lower end plate 106 and the fuel electrode side frame 140 in Modification 2 of the embodiment. In the following, among the configurations of Modification 2, the same configurations as those of the fuel cell stack 100 of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted as appropriate.

本変形例2では、下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との間に、応力緩和部700bおよびガラスシール部材197bが配置されており、さらに、下側ターミナルプレート420と燃料極側フレーム140(発電ブロック103)との間に、応力緩和部700cおよびガラスシール部材197cが配置されている。 In this second variant, a stress relief portion 700b and a glass seal member 197b are arranged between the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420, and a stress relief portion 700c and a glass seal member 197c are arranged between the lower terminal plate 420 and the fuel electrode side frame 140 (power generation block 103).

応力緩和部700bは、接合部702bと、変位部分704bとを有している。接合部702bは、応力緩和部700bのうち、溶接およびロウ付けの少なくとも一方により下側ターミナルプレート420に接合されている部分である。変位部分704bは、応力緩和部700bのうち、接合部702bより内側(ガス貫通孔26側)に位置する部分である。変位部分704bは、下側ターミナルプレート420に対して上下方向に変位可能に構成されている。ガラスシール部材197bは、下側エンドプレート106と、応力緩和部700bのうち、少なくとも変位部分704bとを接合している。 The stress relief portion 700b has a joint portion 702b and a displacement portion 704b. The joint portion 702b is the portion of the stress relief portion 700b that is joined to the lower terminal plate 420 by at least one of welding and brazing. The displacement portion 704b is the portion of the stress relief portion 700b that is located more inward (toward the gas through hole 26) than the joint portion 702b. The displacement portion 704b is configured to be displaceable in the vertical direction relative to the lower terminal plate 420. The glass seal member 197b joins the lower end plate 106 to at least the displacement portion 704b of the stress relief portion 700b.

応力緩和部700cは、接合部702cと、変位部分704cとを有している。接合部702cは、応力緩和部700cのうち、溶接およびロウ付けの少なくとも一方により下側ターミナルプレート420に接合されている部分である。接合部702cは、上記接合部702bよりも内側(ガス貫通孔26側)に位置している。変位部分704cは、応力緩和部700cのうち、接合部702cより外側(ガス貫通孔26とは反対側)に位置する部分である。変位部分704cは、下側ターミナルプレート420に対して上下方向に変位可能に構成されている。ガラスシール部材197cは、燃料極側フレーム140と、応力緩和部700cのうち、少なくとも変位部分704cとを接合している。下側ターミナルプレート420は、特許請求の範囲における第1の部材の一例であり、下側エンドプレート106および燃料極側フレーム140は、特許請求の範囲における第2の部材の一例である。ガラスシール部材197b,197cは、特許請求の範囲における接合部材の一例である。 The stress relief portion 700c has a joint portion 702c and a displacement portion 704c. The joint portion 702c is the portion of the stress relief portion 700c that is joined to the lower terminal plate 420 by at least one of welding and brazing. The joint portion 702c is located more inward (on the gas through hole 26 side) than the joint portion 702b. The displacement portion 704c is the portion of the stress relief portion 700c that is located more outward (on the opposite side from the gas through hole 26) than the joint portion 702c. The displacement portion 704c is configured to be displaceable in the vertical direction relative to the lower terminal plate 420. The glass seal member 197c joins the fuel electrode side frame 140 to at least the displacement portion 704c of the stress relief portion 700c. The lower terminal plate 420 is an example of a first member in the claims, and the lower end plate 106 and the fuel electrode side frame 140 are an example of a second member in the claims. The glass seal members 197b and 197c are an example of a joining member in the claims.

例えばガス通路部材27(本体部28)に対して下方への引っ張り力が加わると、下側エンドプレート106の立設部530側が下方に変位し、それに伴って、ガラスシール部材197bが下方に変位する。しかし、ガラスシール部材197bの変位に追従するように、応力緩和部700bの変位部分704bが下側ターミナルプレート420から離間して下方に変位する。そのため、ガラスシール部材197bへの応力発生が抑制される。この際、下側ターミナルプレート420も下方に変位し、それに伴って、応力緩和部700cの接合部702cが下方に変位する。しかし、下側ターミナルプレート420の変位に追従しないように、応力緩和部700cの変位部分704cが下側ターミナルプレート420から離間する。そのため、ガラスシール部材197cへの応力発生が抑制される。これにより、本変形例2によれば、ガラスシール部材197bによる接合箇所だけでなく、ガラスシール部材197cによる接合箇所が損傷することを抑制することができる。 For example, when a downward pulling force is applied to the gas passage member 27 (main body portion 28), the upright portion 530 of the lower end plate 106 is displaced downward, causing the glass seal member 197b to be displaced downward. However, in response to the displacement of the glass seal member 197b, the displaced portion 704b of the stress mitigation portion 700b is displaced downward and away from the lower terminal plate 420. This reduces stress on the glass seal member 197b. At this time, the lower terminal plate 420 is also displaced downward, causing the joint portion 702c of the stress mitigation portion 700c to be displaced downward. However, in response to the displacement of the lower terminal plate 420, the displaced portion 704c of the stress mitigation portion 700c is displaced downward. This reduces stress on the glass seal member 197c. As a result, according to this second modification, it is possible to prevent damage not only to the joints formed by glass seal member 197b, but also to the joints formed by glass seal member 197c.

B.変形例:
本明細書に開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
B. Variations:
The technology disclosed in this specification is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various forms without departing from the spirit thereof, for example, the following modifications are also possible.

上記実施形態における燃料電池スタック100や発電単位102の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態において、下側エンドプレート106の立設部530がガス通路部材27の先端部分28a内に挿入された構成や、立設部530の下端面とガス通路部材27の上端面とが突き合わされて接合された構成でもよい。 The configurations of the fuel cell stack 100 and power generation unit 102 in the above embodiment are merely examples and can be modified in various ways. For example, in the above embodiment, the erected portion 530 of the lower end plate 106 may be inserted into the tip portion 28a of the gas passage member 27, or the lower end surface of the erected portion 530 may be butted against and joined to the upper end surface of the gas passage member 27.

上記実施形態では、接合部材として、ガラス製のガラスシール部材197,197a,197b,197cを例示したが、接合機能を有する部材であれば、ガラス以外の材料(例えば金属や樹脂製)により形成されたものでもよい。また、上記実施形態では、ガラスシール部材197,197a,197b,197cは、上下方向視で、ガス貫通孔26の周囲を取り囲むように形成され(図11参照)、ガス漏れを抑制するシール部材として機能したが、これに限らず、例えば、ガラスシール部材197,197a,197b,197cが、ガス貫通孔26の周囲の一部だけに形成された構成でもよい。また、応力緩和部700,700a,700b,700cについても、ガス貫通孔26の周囲の一部だけに形成された構成でもよい。 In the above embodiment, glass sealing members 197, 197a, 197b, and 197c made of glass were used as examples of joining members. However, members having joining functions may be formed from materials other than glass (e.g., metal or resin). Furthermore, in the above embodiment, glass sealing members 197, 197a, 197b, and 197c were formed to surround the periphery of gas through hole 26 when viewed from the top and bottom (see FIG. 11) and functioned as sealing members to suppress gas leakage. However, this is not limited thereto. For example, glass sealing members 197, 197a, 197b, and 197c may be formed only partially around gas through hole 26. Furthermore, stress relief portions 700, 700a, 700b, and 700c may also be formed only partially around gas through hole 26.

上記実施形態では、下側エンドプレート106と下側ターミナルプレート420との間の接合構造や、下側ターミナルプレート420と燃料極側フレーム140との間の接合構造に本発明を適用した例を説明した。しかし、これに限らず、例えば、上側エンドプレート104と末端セパレータ210との間の接合構造や、IC用セパレータ180と単セル用セパレータ120との間の接合構造などに本発明を適用してもよい。また、他のマニホールド162,171,172や、他のマニホールド162,171,172に連なるガス貫通孔26に沿って配置された二つの部材の間の接合構造などに本発明を適用してもよい。 In the above embodiment, examples have been described in which the present invention is applied to the joining structure between the lower end plate 106 and the lower terminal plate 420, and the joining structure between the lower terminal plate 420 and the fuel electrode side frame 140. However, this is not limited to this, and the present invention may also be applied to, for example, the joining structure between the upper end plate 104 and the terminal separator 210, or the joining structure between the IC separator 180 and the single cell separator 120. The present invention may also be applied to other manifolds 162, 171, 172, or to joining structures between two members arranged along the gas through holes 26 connected to other manifolds 162, 171, 172.

上記実施形態において、例えば次の要素の少なくとも1つを採用することにより、応力緩和部700の上下方向の剛性が、下側エンドプレート106の上下方向の剛性よりも低くなるようにしてもよい。
(a)応力緩和部700を、下側エンドプレート106の形成材料よりも柔らかい材料で形成する。
(b)下側エンドプレート106に対して補強部材またはリブ等を設けることにより、下側エンドプレート106の剛性を応力緩和部700よりも剛性を高くする。
また、応力緩和部700のうち、少なくとも変位部分704の剛性が下側エンドプレート106の剛性よりも低くければよい。また、上記実施形態において、応力緩和部700の上下方向の剛性は、下側エンドプレート106の上下方向の剛性と同じでもよいし、高くてもよい。
In the above embodiment, for example, by employing at least one of the following elements, the vertical rigidity of the stress relaxation portion 700 may be made lower than the vertical rigidity of the lower end plate 106.
(a) The stress relief portion 700 is made of a material softer than the material of the lower end plate 106 .
(b) By providing a reinforcing member or rib to the lower end plate 106 , the rigidity of the lower end plate 106 is made higher than that of the stress relaxation portion 700 .
Furthermore, it is sufficient that the rigidity of at least the displacement portion 704 of the stress relief portion 700 is lower than the rigidity of the lower end plate 106. Furthermore, in the above embodiment, the rigidity of the stress relief portion 700 in the vertical direction may be the same as or higher than the rigidity of the lower end plate 106 in the vertical direction.

上記実施形態において、ガラスシール部材197は、応力緩和部700のうち、変位部分704だけでなく、例えば接合部702や支持部分706にも接合されていてもよい。上記実施形態において、接合部702は、上下方向視で、ガラスシール部材197に対して、ガス貫通孔26側に配置されていてもよい。 In the above embodiment, the glass seal member 197 may be bonded not only to the displacement portion 704 of the stress relief portion 700, but also to, for example, the joint portion 702 or the support portion 706. In the above embodiment, the joint portion 702 may be located on the gas through hole 26 side of the glass seal member 197 when viewed from the top-bottom direction.

上記実施形態では、一対のエンドプレート104,106に孔32,34が形成されているが、一対のエンドプレート104,106の少なくとも一方について該孔32,34が形成されていなくてもよい。また、上記実施形態では、燃料電池スタック100が一対のターミナルプレート410,420を備えているが、他の部材(例えば、一対のエンドプレート104,106)をターミナルプレートとしても機能させ、専用部材としてのターミナルプレート410,420を省略してもよい。 In the above embodiment, holes 32, 34 are formed in the pair of end plates 104, 106, but the holes 32, 34 do not have to be formed in at least one of the pair of end plates 104, 106. Also, in the above embodiment, the fuel cell stack 100 is provided with a pair of terminal plates 410, 420, but other components (e.g., the pair of end plates 104, 106) may also function as terminal plates, and the terminal plates 410, 420 as dedicated components may be omitted.

上記実施形態では、単セル用セパレータ120が、内側部126と外側部127との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状の連結部128を有しているが、連結部128の形状は他の形状であってもよい。また、単セル用セパレータ120が連結部128を有さなくてもよい。IC用セパレータ180における連結部188についても同様である。 In the above embodiment, the unit cell separator 120 has a connecting portion 128 that is curved so as to protrude downward relative to both the inner portion 126 and the outer portion 127, but the shape of the connecting portion 128 may be other shapes. Furthermore, the unit cell separator 120 does not necessarily have to have a connecting portion 128. The same applies to the connecting portion 188 in the IC separator 180.

上記実施形態では、単セル用セパレータ120における貫通孔121付近にガラスシール部125が配置されているが、ガラスシール部125は省略されてもよい。 In the above embodiment, the glass seal portion 125 is disposed near the through-hole 121 in the single cell separator 120, but the glass seal portion 125 may be omitted.

上記実施形態では、インターコネクタ190は導電性の被覆層194を含んでいるが、インターコネクタ190が該被覆層194を含んでいなくてもよい。また、上記実施形態では、単セル110が反応防止層118を有しているが、単セル110が反応防止層118を有さないとしてもよい。 In the above embodiment, the interconnector 190 includes a conductive coating layer 194, but the interconnector 190 does not necessarily have to include the coating layer 194. Also, in the above embodiment, the single cell 110 includes a reaction prevention layer 118, but the single cell 110 does not necessarily have to include the reaction prevention layer 118.

上記実施形態では、単セル110は燃料極支持形の単セルであるが、電解質支持形や金属支持形等の他のタイプの単セルであってもよい。また、上記実施形態では、燃料電池スタック100がカウンターフロータイプの燃料電池であるが、燃料電池スタック100がコフロータイプといった他のタイプの燃料電池であってもよい。 In the above embodiment, the unit cell 110 is an anode-supported unit cell, but it may be another type of unit cell, such as an electrolyte-supported or metal-supported unit cell. Also, in the above embodiment, the fuel cell stack 100 is a counterflow type fuel cell, but the fuel cell stack 100 may be another type of fuel cell, such as a coflow type.

上記実施形態において、燃料電池スタック100に含まれる単セル110の個数(発電単位102の個数)は、あくまで一例であり、単セル110の個数は燃料電池スタック100に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。また、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。 In the above embodiment, the number of unit cells 110 (number of power generation units 102) included in the fuel cell stack 100 is merely an example, and the number of unit cells 110 is determined appropriately depending on the output voltage required for the fuel cell stack 100, etc. Furthermore, the materials constituting each component in the above embodiment are merely examples, and each component may be made of other materials.

上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うSOFCを対象としているが、本明細書に開示される技術は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル(SOEC)の構成単位である電解セル単位や、電解セル単位を複数備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セル単位および電解セルスタックの構成は、例えば特開2016-81813号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における発電単位102および燃料電池スタック100と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック100を電解セルスタックと読み替え、発電単位102を電解セル単位と読み替え、単セル110を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極114がプラス(陽極)で燃料極116がマイナス(陰極)となるように両電極間に電圧が印加されると共に、マニホールドを介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室176で水素ガスが発生し、マニホールドを介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解セルスタックにおいても、上記実施形態と同様の構成を採用すると、2つの部材の離間変位に起因して接合部材による接合箇所が損傷することを抑制することができる。 While the above-described embodiment focuses on an SOFC that generates electricity using an electrochemical reaction between hydrogen contained in a fuel gas and oxygen contained in an oxidant gas, the technology disclosed herein is similarly applicable to electrolysis cell units, which are constituent elements of solid oxide electrolysis cells (SOECs) that generate hydrogen using the electrolysis reaction of water, and to electrolysis cell stacks comprising multiple electrolysis cell units. The configurations of the electrolysis cell units and electrolysis cell stacks are publicly known, as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-81813, and will not be described in detail here. However, they are generally similar in configuration to the power generation unit 102 and fuel cell stack 100 in the above-described embodiment. That is, the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment may be read as an electrolysis cell stack, the power generation unit 102 as an electrolysis cell unit, and the single cell 110 as an electrolysis single cell. However, during operation of the electrolysis cell stack, a voltage is applied between the air electrode 114 (positive electrode) and the fuel electrode 116 (negative electrode), and water vapor is supplied as a raw material gas via a manifold. This causes a water electrolysis reaction in each electrolysis cell unit, generating hydrogen gas in the fuel chamber 176, which is then extracted to the outside of the electrolysis cell stack via the manifold. Even in an electrolysis cell stack with this configuration, if a configuration similar to that of the above embodiment is adopted, damage to the joints of the joining members due to the separation displacement of the two components can be suppressed.

上記実施形態では、いわゆる平板型の燃料電池スタックを例に用いて説明したが、本明細書に開示される技術は、以下に説明するように、平板型に限らず、他のタイプ(いわゆる円筒平板型や円筒形)の燃料電池スタックにも同様に適用可能である。 In the above embodiment, a so-called flat-plate type fuel cell stack has been used as an example, but the technology disclosed in this specification is not limited to flat-plate type, and can be similarly applied to other types of fuel cell stacks (so-called cylindrical flat-plate type and cylindrical type), as explained below.

上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池(SOFC)を例に説明したが、本明細書に開示される技術は、固体高分子形燃料電池(PEFC)、リン酸型燃料電池(PAFC)、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)といった他のタイプの燃料電池(または電解セル)にも適用可能である。さらに、本明細書に開示される技術は、電気化学反応セルスタック等に限らず、第1の部材と、その一方側に位置する第2の部材と、第1の部材と第2の部材との間に配置される接合部材とを備える複合体にも適用可能である。 In the above embodiment, a solid oxide fuel cell (SOFC) has been described as an example, but the technology disclosed in this specification can also be applied to other types of fuel cells (or electrolytic cells), such as polymer electrolyte fuel cells (PEFCs), phosphoric acid fuel cells (PAFCs), and molten carbonate fuel cells (MCFCs). Furthermore, the technology disclosed in this specification is not limited to electrochemical reaction cell stacks, but can also be applied to composites comprising a first member, a second member located on one side of the first member, and a joining member disposed between the first and second members.

22:ボルト 24:ナット 26:ガス貫通孔 27:ガス通路部材 28:本体部 28a:先端部分 29:フランジ部 32,34,131,141,412,708,708a:孔 100:燃料電池スタック 102:発電単位 103:発電ブロック 104:上側エンドプレート 106:下側エンドプレート 107:エンド貫通孔 108:連通孔 109:ボルト孔 110:単セル 112:電解質層 114:空気極 116:燃料極 118:反応防止層 120:単セル用セパレータ 121,181,211,612,622:貫通孔 124:接合部 125:ガラスシール部 126,186,216:内側部 127,187,217:外側部 128,188,218:連結部 130:空気極側フレーム 132:酸化剤ガス供給連通孔 133:酸化剤ガス排出連通孔 134:空気極側集電部 140:燃料極側フレーム 142:燃料ガス供給連通孔 143:燃料ガス排出連通孔 144:燃料極側集電部材 145:電極対向部 146:インターコネクタ対向部 147:連接部 149:スペーサー 150:平板部 161:酸化剤ガス供給マニホールド 162:酸化剤ガス排出マニホールド 166:空気室 171:燃料ガス供給マニホールド 172:燃料ガス排出マニホールド 176:燃料室 180:IC用セパレータ 189:下端プレート 190:インターコネクタ 194:被覆層 196:導電性接合材 197,197a,197b,197c:ガラスシール部材 200:絶縁部 210:末端セパレータ 220:上端プレート 310,510:平面部 320,520:凸部 322,522:外側凸部 322A,324A:辺部 322B,324B:角部 324:内側凸部 326:突起 410:上側ターミナルプレート 420:下側ターミナルプレート 524:内側凸部 530:立設部 600:補強部材 610:平板部分 620:筒部分 700,700a,700b,700c:応力緩和部 702,702a,702b,702c:接合部 704,704a,704b,704c:変位部分 706:支持部分 22: Bolt 24: Nut 26: Gas through-hole 27: Gas passage member 28: Main body 28a: Tip portion 29: Flange portion 32, 34, 131, 141, 412, 708, 708a: Hole 100: Fuel cell stack 102: Power generation unit 103: Power generation block 104: Upper end plate 106: Lower end plate 107: End through-hole 108: Communication hole 109: Bolt hole 110: Single cell 112: Electrolyte layer 114: Air electrode 116: Anode 118: Reaction prevention layer 120: Single cell separator 121, 181, 211, 612, 622: Through-hole 124: Joint 125: Glass seal portion 126, 186, 216: Inner portion 127, 187, 217: Outer portion 128, 188, 218: Connecting portion 130: Air electrode side frame 132: Oxidant gas supply passage 133: Oxidant gas discharge passage 134: Air electrode side current collecting portion 140: Anode side frame 142: Fuel gas supply passage 143: Fuel gas discharge passage 144: Anode side current collecting member 145: Electrode opposing portion 146: Interconnector opposing portion 147: Connecting portion 149: Spacer 150: Flat plate portion 161: Oxidant gas supply manifold 162: Oxidant gas discharge manifold 166: Air chamber 171: Fuel gas supply manifold 172: Fuel gas discharge manifold 176: Fuel chamber 180: IC separator 189: Lower end plate 190: Interconnector 194: Coating layer 196: Conductive bonding material 197, 197a, 197b, 197c: Glass seal member 200: Insulating portion 210: Terminal separator 220: Upper end plate 310, 510: Flat portion 320, 520: Convex portion 322, 522: Outer convex portion 322A, 324A: Side portion 322B, 324B: Corner portion 324: Inner convex portion 326: Protrusion 410: Upper terminal plate 420: Lower terminal plate 524: Inner convex portion 530: Standing portion 600: Reinforcing member 610: Flat portion 620: Cylindrical portion 700, 700a, 700b, 700c: Stress relaxation portion 702, 702a, 702b, 702c: Joint portion 704, 704a, 704b, 704c: Displacement portion 706: Support portion

Claims (5)

第1の部材と、
前記第1の部材に対して第1の方向の一方側に位置する第2の部材と、を備える、複合体において、
前記第1の部材と前記第2の部材との間に配置された応力緩和部であって、溶接およびロウ付けの少なくとも一方により前記第1の部材に接合されるとともに前記第1の部材との接合部とは異なる領域に前記第1の部材に対して前記第1の方向に変位可能に構成された変位部分を有する応力緩和部と、
前記第2の部材と前記応力緩和部との間に配置され、前記応力緩和部の少なくとも前記変位部分と前記第2の部材とを接合する接合部材と、を備え、
前記応力緩和部の前記接合部は、前記第1の方向視で、前記接合部材に対して、前記第1の方向に延び、前記第1の部材と前記第2の部材とを貫通すガス流路とは反対側に配置されている、
ことを特徴とする複合体。
A first member;
a second member located on one side of the first member in a first direction,
a stress relaxation portion disposed between the first member and the second member, the stress relaxation portion being joined to the first member by at least one of welding and brazing, and having a displacement portion configured to be displaceable in the first direction relative to the first member in a region different from a joint portion with the first member;
a joining member disposed between the second member and the stress relaxation portion, joining at least the displacement portion of the stress relaxation portion to the second member,
the joint portion of the stress relaxation portion extends in the first direction with respect to the joint member, and is disposed on an opposite side to a gas flow path that penetrates the first member and the second member, when viewed in the first direction.
A complex characterized by:
請求項1に記載の複合体において、
前記応力緩和部の前記第1の方向の剛性は、前記第1の部材の前記第1の方向の剛性よりも低い、
ことを特徴とする複合体。
2. The composite of claim 1 ,
The rigidity of the stress relaxation portion in the first direction is lower than the rigidity of the first member in the first direction.
A complex characterized by:
請求項1または請求項2に記載の複合体において、
前記接合部材は、前記応力緩和部のうち、前記接合部とは異なる領域のみに接合されている、
ことを特徴とする複合体。
In the complex according to claim 1 or claim 2,
The joining member is joined only to a region of the stress relaxation portion that is different from the joining portion.
A complex characterized by:
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の複合体において、
前記第1の部材および第2の部材の一方の部材は、前記第1の方向の他方側に突出する立設部が形成されている、
ことを特徴とする複合体。
The composite according to any one of claims 1 to 3,
One of the first member and the second member has a standing portion formed thereon that protrudes toward the other side in the first direction.
A complex characterized by:
請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の複合体において、
前記複合体は、
前記第1の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位を備え、各前記電気化学反応単位は、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルを有しており、
各前記電気化学反応単位における前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極との間でガスのやり取りを行う流路が形成されている、電気化学反応セルスタックであり、
前記第1の部材と前記第2の部材とは、前記流路に面するとともに前記第1の方向に互いに並んで前記電気化学反応セルスタックを構成する部材である、
ことを特徴とする複合体。
5. The composite of claim 1, wherein
The complex is
a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction, each of the electrochemical reaction units having an electrochemical reaction unit cell including an electrolyte layer and an air electrode and an anode facing each other in the first direction with the electrolyte layer interposed therebetween;
an electrochemical reaction cell stack in which a flow path is formed to exchange gas between a specific electrode, which is at least one of the air electrode and the fuel electrode, in each of the electrochemical reaction units;
the first member and the second member are members that face the flow path and are aligned with each other in the first direction to constitute the electrochemical reaction cell stack;
A complex characterized by:
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