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公開番号2024090711
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-04
出願番号2022206784
出願日2022-12-23
発明の名称電気化学セルスタック
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人あいち国際特許事務所
主分類H01M 8/0258 20160101AFI20240627BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】セル室における反応流体の流量分布を調整することができる、電気化学セルスタックを提供すること。
【解決手段】単セルと、第1流路3と、第2流路と、セパレータ5とを有し、第1流路3と第2流路とに挟まれた単セルと、セパレータ5とが交互に積層された積層構造を有する、電気化学セルスタック1。第1流路3は、反応流体が流入する流入口31と、単セルの第1電極に沿って形成されたセル室33と、反応流体が流出する流出口35とを有すると共に、流入口31とセル室33との間に形成された分配室32を有する。分配室32は、幅方向Yにおいて、流入口31よりも長い。分配室32とセル室33との間には、分配室32とセル室33とを仕切る上流仕切壁51が設けてある。上流仕切壁51には、上流スリット52が形成されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
電解質層（２０）と、該電解質層の第１面に設けた第１電極（２１）と、上記電解質層の上記第１面と反対側の第２面に設けた第２電極（２２）と、を有する単セル（２）と、
上記第１電極に供給される反応流体（Ｆ）が流れる第１流路（３）と、
上記第２電極に供給又は生成される酸素含有流体が流れる第２流路（４）と、
上記第１流路と上記第２流路とを仕切るセパレータ（５）とを有し、
上記第１流路と上記第２流路とに挟まれた上記単セルと、上記セパレータとが交互に積層された積層構造を有する、電気化学セルスタック（１）であって、
上記第１流路は、上記反応流体が流入する流入口（３１）と、上記単セルの上記第１電極に沿って形成されたセル室（３３）と、上記反応流体が流出する流出口（３５）とを有すると共に、上記流入口と上記セル室との間に形成された分配室（３２）を有し、
上記分配室は、上記積層構造の積層方向（Ｚ）と、該積層方向から見たときの上記流入口と上記セル室との並び方向（Ｘ）との双方に直交する幅方向（Ｙ）において、上記流入口よりも長く、
上記分配室と上記セル室との間には、上記分配室と上記セル室とを仕切る上流仕切壁（５１）が設けてあり、
該上流仕切壁には、上流スリット（５２）が形成されている、
電気化学セルスタック。
続きを表示（約 900 文字）【請求項２】
上記流入口は、上記並び方向において、上記分配室を挟んで上記セル室と反対側に形成されている、請求項１に記載の電気化学セルスタック。
【請求項３】
上記積層方向において、上記上流スリットの寸法（ｈ２）が、上記上流仕切壁の寸法（ｈ１）よりも小さい、請求項１又は２に記載の電気化学セルスタック。
【請求項４】
上記上流仕切壁は、上記幅方向に平行に形成されている、請求項１又は２に記載の電気化学セルスタック。
【請求項５】
上記積層方向から見たとき、上記流入口を上記並び方向に延長した延長領域（Ｅ）を除く位置に、上記上流スリットが形成されている、請求項１又は２に記載の電気化学セルスタック。
【請求項６】
上記第１流路は、平板部材（５０）の一部を除去することによって形成された凹部によって構成されている、請求項１又は２に記載の電気化学セルスタック。
【請求項７】
上記上流仕切壁は、複数の上記上流スリットを有し、上記幅方向において、上記流入口から遠い位置に形成された上記上流スリットほど、開口面積が大きい、請求項１又は２に記載の電気化学セルスタック。
【請求項８】
上記上流仕切壁は、３個以上の上記上流スリットを有し、隣り合う上記上流スリット間の間隔部が存在し、上記幅方向において、上記流入口から遠い位置に形成された上記間隔部ほど、幅が狭い、請求項１又は２に記載の電気化学セルスタック。
【請求項９】
上記第１流路は、上記セル室と上記流出口との間に設けた収集室（３４）を、さらに有し、上記セル室と上記収集室との間には、上記セル室と上記収集室とを仕切る下流仕切壁（５３）が設けてあり、該下流仕切壁には、下流スリット（５４）が設けてある、請求項１又は２に記載の電気化学セルスタック。
【請求項１０】
上記下流スリットの形成パターンは、上記上流スリットの形成パターンとは異なる、請求項９に記載の電気化学セルスタック。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学セルスタックに関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に開示されているように、従来、電解質層の一方面にアノード、他方面にカソードが配置された単セルと、アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される酸化剤ガスとを隔離するセパレータとが交互に積層された燃料電池セルスタックがある。
【０００３】
上記の燃料電池セルスタックにおいては、燃料ガスが流通する燃料ガス流路と、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路とが、単セルの両面に沿って配置されている。そして、燃料ガス流路は、積層方向に直交する方向において、燃料ガス供給孔と燃料ガス排出孔とにつながっている。燃料ガスは、燃料ガス供給孔から燃料ガス流路に導入される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第７００３５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、単セルに面する燃料ガス流路（以下において、適宜、第１流路のセル室という。）は、ある程度の幅があり、セル室における燃料ガス（以下において、適宜、反応流体という。）の流量分布を所望の分布とすることが難しい。
【０００６】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、セル室における反応流体の流量分布を調整することができる、電気化学セルスタックを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、電解質層（２０）と、該電解質層の第１面に設けた第１電極（２１）と、上記電解質層の上記第１面と反対側の第２面に設けた第２電極（２２）と、を有する単セル（２）と、
上記第１電極に供給される反応流体（Ｆ）が流れる第１流路（３）と、
上記第２電極に供給又は生成される酸素含有流体が流れる第２流路（４）と、
上記第１流路と上記第２流路とを仕切るセパレータ（５）とを有し、
上記第１流路と上記第２流路とに挟まれた上記単セルと、上記セパレータとが交互に積層された積層構造を有する、電気化学セルスタック（１）であって、
上記第１流路は、上記反応流体が流入する流入口（３１）と、上記単セルの上記第１電極に沿って形成されたセル室（３３）と、上記反応流体が流出する流出口（３５）とを有すると共に、上記流入口と上記セル室との間に形成された分配室（３２）を有し、
上記分配室は、上記積層構造の積層方向（Ｚ）と、該積層方向から見たときの上記流入口と上記セル室との並び方向（Ｘ）との双方に直交する幅方向（Ｙ）において、上記流入口よりも長く、
上記分配室と上記セル室との間には、上記分配室と上記セル室とを仕切る上流仕切壁（５１）が設けてあり、
該上流仕切壁には、上流スリット（５２）が形成されている、
電気化学セルスタックにある。
【発明の効果】
【０００８】
上記電気化学セルスタックにおいては、上記第１流路が上記分配室を有する。そして、分配室とセル室とを仕切る上流仕切壁は、上記上流スリットを有する。これにより、上記流入口から第１流路に導入された反応流体は、一旦、分配室に導入されたのち、分配室から上流スリットを介して、上記セル室に導入されることとなる。それゆえ、上流スリットの形成の仕方によって、セル室内における反応流体の流量分布を調整することができる。
【０００９】
以上のごとく、上記態様によれば、セル室における反応流体の流量分布を調整することができる、電気化学セルスタックを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施形態１における、電気化学セルスタックの一部の断面説明図であり、図２のＩ－Ｉ線矢視断面相当の図。
実施形態１における、Ｚ方向から見た第１流路の説明図。
実施形態１における、Ｚ方向から見た第１流路の部分拡大説明図。
図３のIV－IV線矢視断面相当の、上流仕切壁の断面説明図。
実施形態１における、セパレータの製造方法を示す断面説明図。
図３のVI－VI線矢視断面相当の、セパレータの断面説明図。
実施形態１における、反応流体の流れを説明する断面説明図。
実施形態１における、反応流体の流れを説明する平面説明図。
上流仕切壁との対向部分においてセルフレームが変形した際の不具合を説明する断面説明図。
実施形態２における、セパレータの、図３のVI－VI線矢視断面相当の断面説明図。
実施形態３における、Ｚ方向から見た第１流路の説明図。
実施形態４における、Ｚ方向から見た第１流路の説明図。
図１２のXIII－XIII線矢視断面相当の、上流仕切壁の断面説明図。
実施形態５における、上流仕切壁の断面説明図。
実施形態６における、Ｚ方向から見た第１流路の説明図。
実施形態７における、Ｚ方向から見た第１流路の説明図。
実施形態８における、Ｚ方向から見た第１流路の説明図。
図１７のXVIII－XVIII線矢視断面相当の、セパレータ及びセルフレームの断面説明図。
セル室との対向部分においてセルフレームが変形した際の不具合を説明する断面説明図。
実施形態９における、セルフレームとセパレータの斜視説明図。
実施形態９における、局所凹部及び局所凸部の斜視説明図。
実施形態９における、局所凹部の断面説明図。
実施形態９における、反応流体の流れを説明する斜視説明図。
実施形態９における、局所凹部付近における反応流体の流れを説明する説明図。
実施形態１０における、電気化学セルスタックの一部の断面説明図。
実施形態１１における、Ｚ方向から見た第１流路の説明図。
実施形態１２における、Ｚ方向から見た第１流路の説明図。
図２７のXXVIII－XXVIII線矢視断面相当の、上流仕切壁の断面説明図。
実施形態１３における、Ｚ方向から見た第１流路の説明図。
実施形態１３における、Ｚ方向から見た、他の第１流路の説明図。
実施形態１３における、Ｚ方向から見た、さらに他の第１流路の説明図。
実施形態１３における、Ｚ方向から見た、さらに他の第１流路の説明図。
実施形態１４における、Ｚ方向から見た第１流路の説明図。
実施形態１５における、Ｚ方向から見た第１流路の説明図。
実施形態１６における、Ｚ方向から見た第１流路の説明図。
実施形態１６における、XXXVI－XXXVI断面相当の、電気化学セルスタックの一部の断面説明図。
実施形態１７における、Ｚ方向から見た第１流路の説明図。
実施形態１７における、XXXVIII－XXXVIII断面相当の、電気化学セルスタックの一部の断面説明図。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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