WO2026013989A1 - Stack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料極と空気極とを隔離する電解質を含むセルを備えるスタックに関する。 The present invention relates to a stack having cells containing an electrolyte that separates an anode and an cathode.
燃料極と空気極とを厚さ方向に隔離する電解質を含むセルと、セルに電気的に接続される導電板と、厚さ方向に交わる方向に突き出た端子と、を備えるスタックにおいて、導電板と端子との間に接合部を設ける先行技術は特許文献1に開示されている。 Patent Document 1 discloses prior art technology for providing a joint between a conductive plate and a terminal in a stack comprising a cell containing an electrolyte that separates the fuel electrode and the air electrode in the thickness direction, a conductive plate electrically connected to the cell, and a terminal protruding in a direction intersecting the thickness direction.
先行技術は導電板と端子との間の接合部に発生するジュール熱が電力損失となるため、導電板と端子との間の抵抗を低減する技術が要求されている。 In prior art, Joule heat generated at the junction between the conductive plate and the terminal results in power loss, so there is a need for technology to reduce the resistance between the conductive plate and the terminal.
本発明はこの要求に応えるためになされたものであり、導電板と端子との間の抵抗を低減できるスタックの提供を目的とする。 The present invention was made to meet this demand, and aims to provide a stack that can reduce the resistance between the conductive plate and the terminal.
この目的を達成するための第1の態様は、燃料極と空気極とを厚さ方向に隔離する電解質を含むセルと、セルに電気的に接続される導電板と、厚さ方向に交わる方向に突き出た端子と、導電板と端子とが溶融し導電板に端子を接続する溶融部と、を備え、溶融部は、端子の一部が導電板の一部に重なる重なり部において端子の端部と導電板の端部とに存在し、端子の端部および導電板の端部において、溶融部は、重なり部における端子の幅の30%以上を占める。 The first aspect to achieve this objective comprises a cell containing an electrolyte that separates the fuel electrode and air electrode in the thickness direction, a conductive plate electrically connected to the cell, a terminal protruding in a direction intersecting the thickness direction, and a fusion portion where the conductive plate and terminal fuse together to connect the terminal to the conductive plate, the fusion portion being present at the end of the terminal and the end of the conductive plate at the overlapping portion where part of the terminal overlaps part of the conductive plate, and at the end of the terminal and the end of the conductive plate, the fusion portion occupies 30% or more of the width of the terminal at the overlapping portion.
第2の態様は、第1の態様において、溶融部は、重なり部に複数が存在する。 The second aspect is the first aspect, in which there are multiple fused portions in the overlapping portion.
第3の態様は、第1又は第2の態様において、溶融部は、端子の幅方向に延びる2本である。 The third aspect is the first or second aspect, in which the fusion zone consists of two lines extending in the width direction of the terminal.
第4の態様は、第1から第3の態様のいずれかにおいて、溶融部は、重なり部において導電板と端子とを貫通している。 In the fourth aspect, in any of the first to third aspects, the fusion zone penetrates the conductive plate and the terminal at the overlapping portion.
本発明によれば、導電板に端子を接続する溶融部は、端子の一部が導電板の一部に重なる重なり部において端子の端部と導電板の端部とに存在する。端子の端部および導電板の端部において、溶融部は重なり部における端子の幅の30%以上を占めるため、重なり部における導電板と端子との間の抵抗を低減できる。 According to the present invention, the fused portion connecting the terminal to the conductive plate is present at the end of the terminal and the end of the conductive plate in the overlapping portion where part of the terminal overlaps part of the conductive plate. At the end of the terminal and the end of the conductive plate, the fused portion occupies 30% or more of the width of the terminal at the overlapping portion, thereby reducing the resistance between the conductive plate and the terminal at the overlapping portion.
以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図1は一実施の形態におけるスタック10の模式的な分解組立図である。スタック10は、固体高分子形や固体酸化物形の燃料電池や固体酸化物形の電解装置が例示される。電解装置は、水蒸気電解セル(SOEC)を含むものが例示される。 Preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. Figure 1 is a schematic exploded view of a stack 10 in one embodiment. Examples of stack 10 include a polymer electrolyte fuel cell or a solid oxide fuel cell, or a solid oxide electrolysis device. Examples of electrolysis devices include a steam electrolysis cell (SOEC).
スタック10は、複数の反応単位11が積層された積層体12を含む。スタック10は、積層体12の厚さ方向の一端の外側に、外に向かって順に、導電板13、絶縁体15、エンドプレート16を含み、積層体12の厚さ方向の他端の外側に、外に向かって順に、導電板17、絶縁体19、エンドプレート20を含む。導電板13,17は、電気回路(図示せず)に接続するための端子14,18をそれぞれ含む。 The stack 10 includes a laminate 12 in which multiple reaction units 11 are stacked. The stack 10 includes, from one end of the laminate 12 in the thickness direction, a conductive plate 13, an insulator 15, and an end plate 16, in that order, on the outside of the laminate 12, and from the other end of the laminate 12 in the thickness direction, a conductive plate 17, an insulator 19, and an end plate 20, in that order, on the outside of the laminate 12. The conductive plates 13 and 17 include terminals 14 and 18, respectively, for connection to an electrical circuit (not shown).
積層体12、導電板13,17、絶縁体15,19、エンドプレート16,20の周縁に、積層体12の厚さ方向に貫通する複数の穴21が設けられている。穴21の中に配置されたボルト等の部材(図示せず)によって積層体12、導電板13,17、絶縁体15,19、エンドプレート16,20が締結される。積層体12、導電板13、絶縁体15及びエンドプレート16の周縁に、積層体12の厚さ方向に貫通する4つの穴22-25が設けられている。 A number of holes 21 are provided around the periphery of the laminate 12, conductive plates 13 and 17, insulators 15 and 19, and end plates 16 and 20, penetrating the laminate 12 in the thickness direction. The laminate 12, conductive plates 13 and 17, insulators 15 and 19, and end plates 16 and 20 are fastened together by bolts or other members (not shown) placed in the holes 21. Four holes 22-25 are provided around the periphery of the laminate 12, conductive plates 13, insulator 15, and end plates 16, penetrating the laminate 12 in the thickness direction.
穴22は厚さ方向につながり、燃料ガスを反応単位11に供給する供給路30(後述する)を構成する。穴23は厚さ方向につながり、反応単位11で燃料ガスが反応した後のガスを含むガスが流れる排出路31(後述する)を構成する。穴24は厚さ方向につながり、酸化剤ガスを反応単位11に供給する供給路を構成する。穴25は厚さ方向につながり、反応単位11で反応した後のガスを含むガスが流れる排出路を構成する。 Holes 22 are connected in the thickness direction and form a supply channel 30 (described later) that supplies fuel gas to reaction unit 11. Holes 23 are connected in the thickness direction and form an exhaust channel 31 (described later) through which gas containing gas remaining after the fuel gas has reacted in reaction unit 11 flows. Holes 24 are connected in the thickness direction and form a supply channel that supplies oxidant gas to reaction unit 11. Holes 25 are connected in the thickness direction and form an exhaust channel through which gas containing gas remaining after the fuel gas has reacted in reaction unit 11 flows.
燃料電池においては、燃料ガスは水素、一酸化炭素、炭化水素が例示され、酸化剤ガスは酸素、空気が例示される。電解装置においては、燃料ガスは水蒸気を含むガスや水蒸気および二酸化炭素を含むガスが例示され、酸化剤ガスは酸素が例示される。水蒸気と二酸化炭素とを含むガスを原料とする電解装置は、水蒸気と二酸化炭素とを含むガスを電気分解により水素と一酸化炭素とを含むガスに変換する共電解システムの一部に相当する。 In fuel cells, examples of fuel gas include hydrogen, carbon monoxide, and hydrocarbons, and examples of oxidant gas include oxygen and air. In electrolysis devices, examples of fuel gas include gas containing water vapor and gas containing water vapor and carbon dioxide, and examples of oxidant gas include oxygen. An electrolysis device that uses gas containing water vapor and carbon dioxide as a raw material corresponds to part of a co-electrolysis system that converts gas containing water vapor and carbon dioxide into gas containing hydrogen and carbon monoxide through electrolysis.
図2は図1のII-II線における反応単位11の断面図であり、一つの反応単位11を構成する部品を厚さ方向に離して分解した状態が図示されている。本実施形態では固体酸化物形のスタック10の反応単位11を説明する。図2は各部の厚さが誇張して図示されている。 Figure 2 is a cross-sectional view of the reaction unit 11 taken along line II-II in Figure 1, showing the components that make up one reaction unit 11 separated in the thickness direction and disassembled. In this embodiment, a reaction unit 11 of a solid oxide stack 10 is described. The thickness of each part is exaggerated in Figure 2.
反応単位11は、厚さ方向に順に、インタコネクタ26、燃料極フレーム27、セパレータ付きセル28、空気極フレーム29を含む。セパレータ付きセル28は、セル32と、セル32に配置されたセパレータ38と、を含む。インタコネクタ26、燃料極フレーム27、セパレータ38及び空気極フレーム29に設けられた穴22は厚さ方向につながり供給路30を構成し、厚さ方向につながった穴23は排出路31を構成する。 The reaction unit 11 includes, in order in the thickness direction, an interconnector 26, an anode frame 27, a separator-equipped cell 28, and an air electrode frame 29. The separator-equipped cell 28 includes a cell 32 and a separator 38 disposed in the cell 32. The holes 22 provided in the interconnector 26, anode frame 27, separator 38, and air electrode frame 29 are connected in the thickness direction to form a supply channel 30, and the holes 23 connected in the thickness direction form a discharge channel 31.
セル32は、順に燃料極33、電解質36、空気極37を含む。燃料極33は、支持体34と機能層35とを含み、支持体34の気孔率が、機能層35の気孔率よりも高いガス透過性を有する平板状の多孔体である。支持体34は主に機能層35を支持する機能をもつ。支持体34を構成する材料は、機能層35を構成する材料と同じ材料でも良いし、機能層35を構成する材料と異なる材料でも良い。支持体34を構成する材料が、機能層35を構成する材料と異なる場合には、支持体34の材料は安定化ジルコニアが例示される。 The cell 32 includes, in order, an anode 33, an electrolyte 36, and an air cathode 37. The anode 33 includes a support 34 and a functional layer 35. The support 34 is a flat, porous body having a higher gas permeability than the porosity of the functional layer 35. The support 34 mainly functions to support the functional layer 35. The material that makes up the support 34 may be the same as the material that makes up the functional layer 35, or it may be a different material from the material that makes up the functional layer 35. When the material that makes up the support 34 is different from the material that makes up the functional layer 35, an example of the material for the support 34 is stabilized zirconia.
機能層35は、燃料電池においては電解質36から供給される酸化物イオンと燃料ガスとを反応させて電子を生成する機能をもち、水蒸気電解においては通電により水蒸気を電解して水素と酸化物イオンに変換する機能をもつ。 In a fuel cell, the functional layer 35 has the function of reacting oxide ions supplied from the electrolyte 36 with fuel gas to generate electrons, and in steam electrolysis, it has the function of electrolyzing water vapor when current is passed through it, converting it into hydrogen and oxide ions.
機能層35は、Niを含む触媒と、Yが固溶したジルコニアと、を含む。触媒は、Ni,Ni基合金、NiOと酸化物(電解質)との複合体(焼結体)であるサーメットが例示される。サーメットはNiOの水素還元によりNiが生成される。サーメットに含まれる酸化物(電解質)は、Yが固溶したジルコニアが例示される。また機能層35は、Niを含む触媒と、Gdが固溶したセリアと、を含んでいても良い。 Functional layer 35 contains a catalyst containing Ni and zirconia with Y dissolved therein. Examples of catalysts include Ni, Ni-based alloys, and cermets, which are composites (sintered bodies) of NiO and oxides (electrolytes). Ni is produced in cermets by hydrogen reduction of NiO. An example of the oxide (electrolyte) contained in the cermet is zirconia with Y dissolved therein. Functional layer 35 may also contain a catalyst containing Ni and ceria with Gd dissolved therein.
電解質36は、セル32の作動条件で酸化物イオン伝導性を示す板状の部材である。電解質36は、安定化ジルコニア、セリア系固溶体、安定化ジルコニア及びセリア系固溶体から選択される1種または2種以上とアルミナとの固溶体が例示される。 The electrolyte 36 is a plate-shaped member that exhibits oxide ion conductivity under the operating conditions of the cell 32. Examples of the electrolyte 36 include stabilized zirconia, a ceria-based solid solution, and a solid solution of alumina with one or more selected from stabilized zirconia and a ceria-based solid solution.
空気極37は電解質36の中央に配置されている。空気極37は、燃料電池においては気相の酸化剤(酸素)が電子と反応して酸化物イオンになる場であり、水蒸気電解においては酸化物イオンが電子を放出して酸素になる場である。空気極37の材料は、ペロブスカイト型酸化物であるLa1-XSrXMnO3-δ,La1-XSrXCoO3-δ,La1-XSrXCo1-YFeYO3-δ,Pr1-XSrXMnO3-δが例示される。 The air electrode 37 is disposed in the center of the electrolyte 36. In a fuel cell, the air electrode 37 is where a gaseous oxidant (oxygen) reacts with electrons to form oxide ions, and in steam electrolysis, it is where oxide ions release electrons to form oxygen. Examples of materials for the air electrode 37 include perovskite-type oxides such as La1 - xSrxMnO3 -δ , La1 -xSrxCoO3 - δ , La1 - xSrxCo1 - YFeYO3 - δ, and Pr1 - xSrxMnO3 -δ .
セパレータ38は、空気極37の周囲に配置された枠状の部材である。セパレータ38の材料はステンレス鋼が例示される。セパレータ38は、空気極37を避けて、ろう材等によって気密に電解質36に接合されている。 The separator 38 is a frame-shaped member arranged around the air electrode 37. An example of the material for the separator 38 is stainless steel. The separator 38 is airtightly joined to the electrolyte 36 using brazing material or the like, avoiding the air electrode 37.
インタコネクタ26は、セル32の厚さ方向の両側に配置された導電性を有する板状の部材である。インタコネクタ26は、厚さ方向に隣り合う反応単位11間を電気的に接続する。インタコネクタ26の材料はステンレス鋼が例示される。 The interconnectors 26 are conductive plate-like members arranged on both sides of the cell 32 in the thickness direction. The interconnectors 26 electrically connect adjacent reaction units 11 in the thickness direction. An example of the material for the interconnectors 26 is stainless steel.
燃料極フレーム27は、インタコネクタ26とセパレータ38との間に配置された枠状の部材である。燃料極フレーム27の材料はステンレス鋼が例示される。燃料極フレーム27は、セル32と、インタコネクタ26の中央に設けられた集電体39と、を囲む。 The fuel electrode frame 27 is a frame-shaped member disposed between the interconnector 26 and the separator 38. An example of the material for the fuel electrode frame 27 is stainless steel. The fuel electrode frame 27 surrounds the cell 32 and the current collector 39 located in the center of the interconnector 26.
集電体39は、燃料極33とインタコネクタ26とを電気的に接続する。集電体39の材料は、ガス透過性を有するNi等の金属製の多孔体が例示される。燃料極フレーム27の内側に、インタコネクタ26、燃料極フレーム27及びセパレータ38に囲まれた燃料室40が設けられる。燃料極フレーム27に設けられた溝41は、燃料室40と穴22(供給路30)とをつなぐ。燃料極フレーム27に設けられた溝42は、燃料室40と穴23(排出路31)とをつなぐ。 The current collector 39 electrically connects the fuel electrode 33 and the interconnector 26. An example of the material for the current collector 39 is a porous body made of a gas-permeable metal such as Ni. A fuel chamber 40 surrounded by the interconnector 26, fuel electrode frame 27, and separator 38 is provided inside the fuel electrode frame 27. A groove 41 provided in the fuel electrode frame 27 connects the fuel chamber 40 to the hole 22 (supply path 30). A groove 42 provided in the fuel electrode frame 27 connects the fuel chamber 40 to the hole 23 (discharge path 31).
空気極フレーム29は、インタコネクタ26とセパレータ38との間に配置された枠状の部材である。空気極フレーム29の材料はマイカ等の絶縁体が例示される。空気極フレーム29は、インタコネクタ26の中央に設けられた集電体43を囲む。集電体43は空気極37とインタコネクタ26とを電気的に接続する。本実施形態では集電体43はインタコネクタ26と一体に形成されているが、これに限られるものではない。集電体43をインタコネクタ26と別の部材にすることは当然可能である。 The air electrode frame 29 is a frame-shaped member arranged between the interconnector 26 and the separator 38. Examples of materials for the air electrode frame 29 include an insulator such as mica. The air electrode frame 29 surrounds the current collector 43 located in the center of the interconnector 26. The current collector 43 electrically connects the air electrode 37 and the interconnector 26. In this embodiment, the current collector 43 is formed integrally with the interconnector 26, but this is not limited to this. It is of course possible for the current collector 43 to be a separate member from the interconnector 26.
空気極フレーム29の内側に、インタコネクタ26、空気極フレーム29及びセパレータ38に囲まれた空気室44が設けられる。セパレータ38は燃料室40と空気室44とを隔離し、燃料室40内の燃料ガスと空気室44内の酸化剤ガスとが混ざらないようにする。 An air chamber 44 is provided inside the air electrode frame 29, surrounded by the interconnector 26, the air electrode frame 29, and the separator 38. The separator 38 separates the fuel chamber 40 from the air chamber 44, preventing the fuel gas in the fuel chamber 40 and the oxidizer gas in the air chamber 44 from mixing.
図1に戻って説明する。スタック10は複数の反応単位11が直列接続されており、導電板13,17は反応単位11に接続されている。導電板13,17は、例えばステンレス鋼等の導電材料で作られた板状の部材であり、それぞれ端子14,18が接続されている。端子14,18は、反応単位11の厚さ方向と交わる方向に積層体12の外へ突き出している。端子14,18の材料はニッケル、ニッケル基合金、銅、銅合金、ステンレス鋼が例示される。 Returning to Figure 1, the stack 10 has multiple reaction units 11 connected in series, and conductive plates 13, 17 are connected to the reaction units 11. The conductive plates 13, 17 are plate-shaped members made of a conductive material such as stainless steel, and terminals 14, 18 are connected to them, respectively. The terminals 14, 18 protrude outside the stack 12 in a direction intersecting the thickness direction of the reaction units 11. Examples of materials for the terminals 14, 18 include nickel, nickel-based alloys, copper, copper alloys, and stainless steel.
絶縁体15,19は、絶縁体からなる板状の部材である。絶縁体15は導電板13とエンドプレート16との間を電気的に絶縁し、絶縁体19は導電板17とエンドプレート20との間を電気的に絶縁する。 Insulators 15 and 19 are plate-shaped members made of an insulator. Insulator 15 provides electrical insulation between conductive plate 13 and end plate 16, and insulator 19 provides electrical insulation between conductive plate 17 and end plate 20.
図3はセル32の厚さ方向から見た導電板13及び端子14の平面図である。図3は導電板13の中間部分の図示が省略されている。重なり部45において端子14の一部が導電板13の一部に重なっている。端子14のうち重なり部45以外の部分は導電板13の縁の外に出ている。 Figure 3 is a plan view of the conductive plate 13 and terminal 14 as viewed from the thickness direction of the cell 32. The middle portion of the conductive plate 13 is not shown in Figure 3. At the overlapping portion 45, part of the terminal 14 overlaps part of the conductive plate 13. The portion of the terminal 14 other than the overlapping portion 45 extends outside the edge of the conductive plate 13.
図4(a)は第1実施の形態における重なり部45の平面図である。図4(b)はIVb-IVb線における重なり部45の断面図である。図4(a)は導電板13の一部の図示が省略され(図6(a)、図6(b)、図7(a)、図7(b)においても同じ)、図4(b)は導電板13及び端子14の一部の図示が省略されている。 FIG. 4(a) is a plan view of the overlapping portion 45 in the first embodiment. FIG. 4(b) is a cross-sectional view of the overlapping portion 45 taken along line IVb-IVb. Part of the conductive plate 13 is omitted from FIG. 4(a) (the same applies to FIGS. 6(a), 6(b), 7(a), and 7(b)), and part of the conductive plate 13 and terminal 14 are omitted from FIG. 4(b).
重なり部45に溶融部46が設けられている。溶融部46は、端子14から導電板13に向かって重なり部45にレーザビームを照射するレーザ溶接によって作られる。溶融部46は導電板13と端子14とが溶け合って凝固している。溶融部46によって端子14は導電板13に接合されている。 A fused portion 46 is provided at the overlapping portion 45. The fused portion 46 is created by laser welding, in which a laser beam is irradiated onto the overlapping portion 45 from the terminal 14 toward the conductive plate 13. The fused portion 46 is formed by the conductive plate 13 and terminal 14 melting together and solidifying. The terminal 14 is joined to the conductive plate 13 by the fused portion 46.
溶融部46は、重なり部45における導電板13の端部47と端子14の端部48とに少なくとも一部が存在する。導電板13の端部47は、導電板13の縁13aから重なり部45の長さ(図4(b)左右方向の寸法)の20%の長さの範囲である。端子14の端部48は、端子14の縁14aから重なり部45の長さの20%の長さの範囲である。溶融部46は、端子14の端部48及び導電板13の端部47において、重なり部45における端子14の幅Wの30%以上を占める。これは溶融部46のうち端子14の幅Wの30%以上を占める部分が、端部47の少なくとも一部に存在し、端部48の少なくとも一部に存在することをいう。 At least a portion of the molten portion 46 exists at the end 47 of the conductive plate 13 and the end 48 of the terminal 14 at the overlapping portion 45. The end 47 of the conductive plate 13 extends from the edge 13a of the conductive plate 13 to 20% of the length of the overlapping portion 45 (the left-right dimension in Figure 4(b)). The end 48 of the terminal 14 extends from the edge 14a of the terminal 14 to 20% of the length of the overlapping portion 45. The molten portion 46 occupies 30% or more of the width W of the terminal 14 at the overlapping portion 45 at the end 48 of the terminal 14 and the end 47 of the conductive plate 13. This means that the portion of the molten portion 46 that occupies 30% or more of the width W of the terminal 14 exists at least in part at the end 47 and at least in part at the end 48.
本実施形態では、溶融部46は導電板13と端子14とを貫通している。溶融部46は凝固するときに収縮するため、溶融部46が導電板13と端子14とを貫通していない場合に比べ、溶融部46の収縮に伴う重なり部45の変形を低減できる。 In this embodiment, the molten portion 46 penetrates the conductive plate 13 and the terminal 14. Because the molten portion 46 shrinks when it solidifies, deformation of the overlap portion 45 due to shrinkage of the molten portion 46 can be reduced compared to when the molten portion 46 does not penetrate the conductive plate 13 and the terminal 14.
導電板13と端子14とを溶融部46が貫通している場合は、導電板13と端子14のどちらの面に溶融部46が大きく露出しているかを調べ、溶融部46が露出する面積が大きい方の面で、端子14の幅Wの30%以上を占める部分に溶融部46が存在するかどうかを調べる。本実施形態は、端子14から導電板13に向かって重なり部45にレーザビームを照射して溶融部46が作られているため、端子14に溶融部46が露出する面積の方が、導電板13に溶融部46が露出する面積よりも大きい。従って重なり部45の端子14に、端子14の幅Wの30%以上を占める部分に溶融部46が存在するかどうかを調べる。 If the molten portion 46 penetrates the conductive plate 13 and the terminal 14, it is determined which surface of the conductive plate 13 or the terminal 14 has the larger exposed molten portion 46, and the surface with the larger exposed area of the molten portion 46 is examined to determine whether the molten portion 46 exists in a portion that occupies 30% or more of the width W of the terminal 14. In this embodiment, the molten portion 46 is created by irradiating the overlapping portion 45 from the terminal 14 toward the conductive plate 13 with a laser beam, so the area of the molten portion 46 exposed on the terminal 14 is larger than the area of the molten portion 46 exposed on the conductive plate 13. Therefore, it is determined whether the molten portion 46 exists in a portion of the terminal 14 at the overlapping portion 45 that occupies 30% or more of the width W of the terminal 14.
重なり部45では主に溶融部46の端を通って端子14と導電板13との間に電流が流れる。端子14の端部48及び導電板13の端部47に溶融部46が存在し、端部47,48において重なり部45における端子14の幅Wの30%以上を溶融部46が占めると、端子14から導電板13へ向かって流れる電流は、主に端部47に設けられた溶融部46を通って流れ、導電板13から端子14へ向かって流れる電流は、主に端部48に設けられた溶融部46を通って流れる。溶融部46による電流の通り道を短くすることができ、さらに端部47,48に溶融部46が存在することで溶融部46の断面積を拡大できるため、重なり部45における導電板13と端子14との間の抵抗を低減できる。 At the overlapping portion 45, current flows between the terminal 14 and the conductive plate 13 mainly through the edge of the fused portion 46. When the fused portion 46 is present at the end 48 of the terminal 14 and the end 47 of the conductive plate 13, and the fused portion 46 occupies 30% or more of the width W of the terminal 14 at the overlapping portion 45 at the ends 47 and 48, the current flowing from the terminal 14 to the conductive plate 13 flows mainly through the fused portion 46 at the end 47, and the current flowing from the conductive plate 13 to the terminal 14 flows mainly through the fused portion 46 at the end 48. The fused portion 46 can shorten the current path, and the presence of the fused portion 46 at the ends 47 and 48 can increase the cross-sectional area of the fused portion 46, thereby reducing the resistance between the conductive plate 13 and the terminal 14 at the overlapping portion 45.
図5は端子14の幅Wに対する溶融部46の割合と、導電板13と端子14との間の抵抗と、の関係を示す図である。図5は幅Wに対する溶融部46の割合を横軸にとり、導電板13と端子14との間の抵抗を縦軸にとる。抵抗(縦軸)は、溶融部46の幅が端子14の幅Wに等しいとき(割合は100%)の抵抗を基準にして、基準に対する抵抗の比率がプロットされている。 Figure 5 is a diagram showing the relationship between the ratio of the fused portion 46 to the width W of the terminal 14 and the resistance between the conductive plate 13 and the terminal 14. In Figure 5, the horizontal axis represents the ratio of the fused portion 46 to the width W, and the vertical axis represents the resistance between the conductive plate 13 and the terminal 14. The resistance (vertical axis) is plotted as the ratio of the resistance to the reference when the width of the fused portion 46 is equal to the width W of the terminal 14 (the ratio is 100%).
図5によれば端子14の幅Wに対する溶融部46の割合が小さくなるにつれて抵抗は大きくなり、割合が30%未満になると割合の減少率に比べて抵抗の増加率が飛躍的に大きくなる。従って重なり部45における導電板13と端子14との間の抵抗を低減するために、端子14の幅Wに対する溶融部46の割合は30%以上が好ましく、より好ましくは40%以上であり、50%以上がさらに好ましい。 According to Figure 5, the resistance increases as the ratio of the fused portion 46 to the width W of the terminal 14 decreases, and when the ratio falls below 30%, the rate of increase in resistance becomes dramatically greater than the rate of decrease in the ratio. Therefore, in order to reduce the resistance between the conductive plate 13 and the terminal 14 at the overlapping portion 45, the ratio of the fused portion 46 to the width W of the terminal 14 is preferably 30% or more, more preferably 40% or more, and even more preferably 50% or more.
図4(a)に戻って説明する。溶融部46は重なり部45に複数(本実施形態では2本)存在する。各々の溶融部46と同じ長さで同じ幅の溶融部が重なり部45に1つ設けられている場合に比べ、溶融部46の数の分だけ、溶融部46の断面積の総和を大きくできる。従って重なり部45における抵抗を低減できる。 Returning to Figure 4(a), the explanation will be made. There are multiple fusion zones 46 (two in this embodiment) in the overlapping portion 45. Compared to when there is only one fusion zone in the overlapping portion 45 that has the same length and width as each fusion zone 46, the total cross-sectional area of the fusion zones 46 can be increased by the number of fusion zones 46. Therefore, the resistance in the overlapping portion 45 can be reduced.
本実施形態では溶融部46は端子14の幅方向に延びる2本である。これにより端部47,48のうち端子14の幅Wの30%以上を占める部分に、容易に、溶融部46をそれぞれ設けることができる。従って端子14の溶接の作業に要する時間を低減できる。 In this embodiment, there are two fusion zones 46 that extend in the width direction of the terminal 14. This makes it easy to provide fusion zones 46 in portions of the ends 47, 48 that occupy 30% or more of the width W of the terminal 14. This reduces the time required to weld the terminal 14.
図6(a)は第2実施の形態における重なり部49の平面図である。第2実施形態では第1実施形態で説明した部分と同一の部分に同一の符号を付して以下の説明を省略する(図6(b)、図7(a)及び図7(b)においても同じ)。 Figure 6(a) is a plan view of the overlapping portion 49 in the second embodiment. In the second embodiment, the same parts as those described in the first embodiment are assigned the same reference numerals, and the following description will be omitted (the same applies to Figures 6(b), 7(a), and 7(b)).
端子14と導電板13とが重なる重なり部49において、溶融部46は、端子14の幅方向に4本が延びている。溶融部46は、導電板13の端部47に断続的に2本が設けられ、端子14の端部48に断続的に2本が設けられている。溶融部46は、端部47,48のうち端子14の幅Wの30%以上を占める部分にそれぞれ設けられている。第2実施形態は、第1実施形態と同様に重なり部49における導電板13と端子14との間の抵抗を低減できる。 In the overlapping portion 49 where the terminal 14 and the conductive plate 13 overlap, four fused portions 46 extend in the width direction of the terminal 14. Two fused portions 46 are provided intermittently at the end 47 of the conductive plate 13, and two are provided intermittently at the end 48 of the terminal 14. The fused portions 46 are provided in portions of the end portions 47, 48 that occupy 30% or more of the width W of the terminal 14. As with the first embodiment, the second embodiment can reduce the resistance between the conductive plate 13 and the terminal 14 in the overlapping portion 49.
図6(b)は第3実施の形態における重なり部50の平面図である。端子14と導電板13とが重なる重なり部50において、溶融部46は、端子14の幅方向に3本が延びている。溶融部46は、導電板13の端部47に1本が設けられ、端子14の端部48に1本が設けられ、端部47と端部48との間に1本が設けられている。溶融部46は、端部47,48のうち端子14の幅Wの30%以上を占める部分にそれぞれ設けられている。第4実施形態は、重なり部50における抵抗を低減し、さらに端部47と端部48との間に設けられた溶融部46により、重なり部50における接合強度を向上できる。 Figure 6(b) is a plan view of the overlapping portion 50 in the third embodiment. In the overlapping portion 50 where the terminal 14 and the conductive plate 13 overlap, three fusion portions 46 extend in the width direction of the terminal 14. One fusion portion 46 is provided at the end 47 of the conductive plate 13, one is provided at the end 48 of the terminal 14, and one is provided between the ends 47 and 48. The fusion portions 46 are provided in portions of the ends 47 and 48 that occupy 30% or more of the width W of the terminal 14. The fourth embodiment reduces the resistance in the overlapping portion 50, and further improves the joining strength in the overlapping portion 50 by providing the fusion portion 46 between the ends 47 and 48.
図7(a)は第4実施の形態における重なり部51の平面図である。端子14と導電板13とが重なる重なり部51において、溶融部46は、端子14の長さ方向に4本が延びている。溶融部46は、導電板13の端部47と端子14の端部48との間に4本が設けられている。溶融部46の総和は、端部47,48のうち端子14の幅Wの30%以上を占める。第4実施形態は、端部47と端部48との間をつなぐ溶融部46により、重なり部51における導電板13と端子14との間の抵抗を低減できる。 Figure 7(a) is a plan view of the overlapping portion 51 in the fourth embodiment. In the overlapping portion 51 where the terminal 14 and the conductive plate 13 overlap, four fused portions 46 extend in the length direction of the terminal 14. Four fused portions 46 are provided between the end portion 47 of the conductive plate 13 and the end portion 48 of the terminal 14. The total number of fused portions 46 occupies 30% or more of the width W of the terminal 14 at the ends 47, 48. In the fourth embodiment, the resistance between the conductive plate 13 and the terminal 14 at the overlapping portion 51 can be reduced by the fused portions 46 connecting the end portions 47 and 48.
図7(b)は第5実施の形態における重なり部52の平面図である。端子14と導電板13とが重なる重なり部52において、溶融部46は、端子14の幅方向に延びた2本の端がつながっている。溶融部46は、導電板13の端部47と端子14の端部48とをつないでいる。溶融部46は、端部47,48のうち端子14の幅Wの30%以上を占める部分にそれぞれ設けられている。第5実施形態は、重なり部52における抵抗を低減し、さらに端部47と端部48との間をつなぐ溶融部46により、重なり部52における接合強度を向上できる。 Figure 7(b) is a plan view of the overlapping portion 52 in the fifth embodiment. In the overlapping portion 52 where the terminal 14 and the conductive plate 13 overlap, the fused portion 46 connects two ends extending in the width direction of the terminal 14. The fused portion 46 connects the end 47 of the conductive plate 13 to the end 48 of the terminal 14. The fused portion 46 is provided in each of the ends 47, 48 at a portion that occupies 30% or more of the width W of the terminal 14. The fifth embodiment reduces the resistance in the overlapping portion 52, and further improves the joining strength in the overlapping portion 52 by using the fused portion 46 that connects the end 47 and the end 48.
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。 The present invention has been described above based on the embodiments, but the present invention is in no way limited to the above embodiments, and it can be easily imagined that various improvements and modifications are possible within the scope of the invention.
実施形態では導電板13と端子14とを接合する溶融部46を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。導電板17と端子18とを接合する溶融部(図示せず)を、導電板13と端子14とを接合する溶融部46と同様に設けることは当然可能である。 In the embodiment, a fusion zone 46 that joins the conductive plate 13 and the terminal 14 has been described, but this is not necessarily limited to this. It is of course possible to provide a fusion zone (not shown) that joins the conductive plate 17 and the terminal 18 in the same manner as the fusion zone 46 that joins the conductive plate 13 and the terminal 14.
実施形態ではセル32や導電板13,17の厚さ方向から見た形が四角形である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。セル32や導電板13,17の形は円形、楕円形、四角形以外の多角形など任意に設定できる。 In the embodiment, the shape of the cells 32 and conductive plates 13 and 17 when viewed in the thickness direction is rectangular, but this is not necessarily limited to this. The shape of the cells 32 and conductive plates 13 and 17 can be set to any shape, such as a circle, ellipse, or polygon other than a rectangle.
実施形態では燃料極支持型のセル32を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。電解質支持型や金属支持型のセル32を用いることは当然可能である。 In the embodiment, an anode-supported cell 32 has been described, but this is not necessarily limited to this. It is of course possible to use an electrolyte-supported or metal-supported cell 32.
実施形態では固体酸化物形のスタック10を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。供給路30や排出路31等に加え、冷却水を流す通路をセル32の周囲に設け、固体高分子形のスタック10とすることは当然可能である。 In the embodiment, a solid oxide stack 10 has been described, but this is not necessarily limited to this. It is of course possible to provide a passage for flowing cooling water around the cells 32 in addition to the supply passages 30 and discharge passages 31, etc., to create a solid polymer stack 10.
10 スタック
13 導電板
14 端子
32 セル
33 燃料極
36 電解質
37 空気極
45,49,50,51,52 重なり部
46 溶融部
47 導電板の端部
48 端子の端部
W 端子の幅
10 Stack 13 Conductive plate 14 Terminal 32 Cell 33 Anode 36 Electrolyte 37 Cathode 45, 49, 50, 51, 52 Overlapped portion 46 Welded portion 47 Edge of conductive plate 48 Edge of terminal W Width of terminal
Claims (4)
前記セルに電気的に接続される導電板と、
前記厚さ方向に交わる方向に突き出た端子と、
前記導電板と前記端子とが溶融し前記導電板に前記端子を接続する溶融部と、を備えるスタックであって、
前記溶融部は、前記端子の一部が前記導電板の一部に重なる重なり部において前記端子の端部と前記導電板の端部とに存在し、
前記端子の前記端部および前記導電板の前記端部において、前記溶融部は、前記重なり部における前記端子の幅の30%以上を占めるスタック。 a cell including an electrolyte separating an anode and a cathode through its thickness;
a conductive plate electrically connected to the cell;
a terminal protruding in a direction intersecting the thickness direction;
a fusion portion where the conductive plate and the terminal are fused to connect the terminal to the conductive plate,
the fused portion is present at an end of the terminal and an end of the conductive plate at an overlapping portion where a portion of the terminal overlaps a portion of the conductive plate,
A stack in which the fusion zone at the end of the terminal and the end of the conductive plate occupies 30% or more of the width of the terminal at the overlapping portion.
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