JP5209547B2 - Gas seal member and connection method of solid oxide fuel cell - Google Patents

Gas seal member and connection method of solid oxide fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP5209547B2
JP5209547B2 JP2009064076A JP2009064076A JP5209547B2 JP 5209547 B2 JP5209547 B2 JP 5209547B2 JP 2009064076 A JP2009064076 A JP 2009064076A JP 2009064076 A JP2009064076 A JP 2009064076A JP 5209547 B2 JP5209547 B2 JP 5209547B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ring
manifold
metal ring
solid oxide
oxide fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2009064076A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010218873A (en
Inventor
武志 小松
敏 杉田
雄一郎 山内
慎二 齋藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NHK Spring Co Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
NHK Spring Co Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NHK Spring Co Ltd, Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical NHK Spring Co Ltd
Priority to JP2009064076A priority Critical patent/JP5209547B2/en
Publication of JP2010218873A publication Critical patent/JP2010218873A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5209547B2 publication Critical patent/JP5209547B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池でセルと共に積層されるガスのマニホールドの間をシールするためのガスシール部材および接続方法に関するものである。   The present invention relates to a gas seal member and a connection method for sealing between gas manifolds stacked together with cells in a solid oxide fuel cell.

高い発電効率を実現する燃料電池として、作動温度が８００〜１０００℃になる固体酸化物形燃料電池が注目を集めている。固体酸化物形燃料電池は、複数のセル（単電池）を直列に積層して所望の電圧を得るようにしている。セルは、酸化物イオン伝導体からなる固体酸化物電解質を、電子伝導性を有する酸化物からなる空気極と燃料極とで挟んで構成されている。また、このようなセルを積層するときには、各セルの間に、電気的な接続とガスの供給とを行うための、セパレータが配置される。   As a fuel cell realizing high power generation efficiency, a solid oxide fuel cell having an operating temperature of 800 to 1000 ° C. has attracted attention. In a solid oxide fuel cell, a plurality of cells (unit cells) are stacked in series to obtain a desired voltage. The cell is configured by sandwiching a solid oxide electrolyte made of an oxide ion conductor between an air electrode made of an oxide having electron conductivity and a fuel electrode. Further, when stacking such cells, separators are provided between the cells for electrical connection and gas supply.

このような積層構造（スタック）とされた固体酸化物形燃料電池において、外部より供給される燃料ガス（水素）および空気（酸素）を、外部に設けられたマニホールドにより各セパレータに供給する形式がある。この場合、燃料極の側で発生してセパレータより排出される燃料ガスの残分が流れるマニホールドも設けられている。例えば、燃料ガス系のマニホールドに流れている燃料ガスは、マニホールドより各セパレータに分岐する分岐配管により、セパレータの対応する部分に供給されている。   In a solid oxide fuel cell having such a stacked structure (stack), a type in which fuel gas (hydrogen) and air (oxygen) supplied from the outside are supplied to each separator by a manifold provided outside. is there. In this case, a manifold through which the remainder of the fuel gas generated on the fuel electrode side and discharged from the separator flows is also provided. For example, the fuel gas flowing through the manifold of the fuel gas system is supplied to a corresponding portion of the separator by a branch pipe that branches from the manifold to each separator.

ここで、上述したようなマニホールドは、セパレータと同様に耐熱合金から構成されている。また、マニホールドとセパレータとは、金属製の配管を介して電気的に接続される。このため、複数のセパレータに対して一体に形成されたマニホールドを用いると、積層されたセル間の各セパレータ間が電気的に接続されることになり、短絡することになる。   Here, the manifold as described above is made of a heat-resistant alloy like the separator. Further, the manifold and the separator are electrically connected via a metal pipe. For this reason, when the manifold integrally formed with respect to the some separator is used, between each separator between the laminated | stacked cells will be electrically connected, and it will short-circuit.

このため、マニホールドは、セパレータと共に分割されて形成し、また、絶縁部材を介して各マニホールド部の間を接続している。また、マニホールド部の接続部より、燃料ガスや空気が外部に漏れないように、隣り合うマニホールド部の間は、ガス漏れを防ぐためのシール性が要求される。このように、マニホールド部間を絶縁分離された状態でシールするために、ガラス材料を用いてマニホールド部間をシールする技術が提案されている（特許文献１参照）。   For this reason, the manifold is formed by being divided together with the separators, and the manifold portions are connected via insulating members. Further, a sealing property for preventing gas leakage is required between adjacent manifold portions so that fuel gas and air do not leak to the outside from the connecting portion of the manifold portion. As described above, in order to seal the manifold portions in a state of being insulated and separated, a technique for sealing the manifold portions using a glass material has been proposed (see Patent Document 1).

特開２００７−１４９４３０号公報JP 2007-149430 A

しかしながら、ガラスを用いたマニホールド部間の接合では、形成後、時間と共にガス漏れ発生の割合が増加する傾向にある。この問題を解消するために、セラミックなどの絶縁性を有する無機材料からなる絶縁部材をマニホールド部間に配置し、マニホールド部と絶縁部材との間を、空気中でロウ付けができるロウ材でロウ付けする技術が提案されている。このようなロウ材によるシールでは、上述したガラスに場合に比較し、ガス漏れの発生が非常に少ない。   However, in joining between manifold parts using glass, the rate of gas leakage tends to increase with time after formation. In order to solve this problem, an insulating member made of an inorganic material having an insulating property such as ceramic is disposed between the manifold portions, and a brazing material that can be brazed in air is brazed between the manifold portion and the insulating member. The technology to attach is proposed. In such a brazing seal, the occurrence of gas leakage is very small compared to the case of the glass described above.

耐熱合金で構成されているマニホールド部と絶縁部材との間を高いシール性を備える状態でロウ付けする場合、ロウ材を溶解させて液体の状態とし、絶縁部材とマニホールド部との間を埋め、この後、ロウ材の融点より低い温度とすることで、マニホールド部と絶縁部材とを接合している。従って、上述したロウ付けでは、固体酸化物形燃料電池の作動温度よりも高い融点を備えるロウ材を用いることになる。   When brazing between a manifold part made of a heat-resistant alloy and an insulating member in a state having a high sealing property, the brazing material is dissolved to be in a liquid state, and the space between the insulating member and the manifold part is filled, Then, the manifold part and the insulating member are joined by setting the temperature to be lower than the melting point of the brazing material. Therefore, in the brazing described above, a brazing material having a melting point higher than the operating temperature of the solid oxide fuel cell is used.

ここで、上述したロウ付けでは、マニホールド部と共に、一体に形成されているセパレータおよびセパレータ間に配置されるセルも、高温環境に置かれることになる。ところが、固体酸化物形燃料電池では、セルが金属酸化物から構成されているため、いわゆる真空などの減圧環境で加熱は、セルの劣化を招く。このため、上述したロウ付けのための高温処理は、酸素が含まれている空気中で行う。しかしながら、このような空気中の高温処理では、耐熱合金から構成されているセパレータの酸化が著しく進行し、電気抵抗が大きくなり、セル間の接続抵抗が増大し、固体酸化物形燃料電池の発電効率が低下するという問題がある。   Here, in the brazing described above, the separator formed integrally with the manifold portion and the cells disposed between the separators are also placed in a high temperature environment. However, in the solid oxide fuel cell, since the cell is made of a metal oxide, heating in a reduced pressure environment such as a so-called vacuum causes deterioration of the cell. For this reason, the high-temperature treatment for brazing described above is performed in air containing oxygen. However, in such high-temperature treatment in air, the oxidation of the separator made of a heat-resistant alloy proceeds remarkably, the electrical resistance increases, the connection resistance between cells increases, and the power generation of the solid oxide fuel cell There is a problem that efficiency decreases.

このような問題に対し、局所的な加熱によりロウ付けをすることで、セパレータの酸化などによる劣化を抑制できるようになる。しかしながらこのロウ付けでは、金属の部分と絶縁部材とを接合しているため、局所的な加熱では、セラミックなどの絶縁部材に大きな応力が発生して損傷を与える場合が発生する。このように、上述したようなマニホールド部間においける絶縁材料との接合においては、接合箇所を部分的に加熱してロウ付けを行うことが容易ではない。   For such a problem, brazing by local heating can suppress deterioration due to oxidation of the separator. However, in this brazing, since the metal portion and the insulating member are joined, the local heating may cause damage to the insulating member such as ceramic due to a large stress. As described above, in joining with the insulating material between the manifold parts as described above, it is not easy to perform brazing by partially heating the joining portion.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、セパレータや固体酸化物形燃料電池セルの劣化を招くことなく、マニホールドを構成する各マニホールド部の間を、絶縁分離した状態で気密に接合できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. Insulation separation is provided between the manifold portions constituting the manifold without causing deterioration of the separator or the solid oxide fuel cell. The purpose is to enable airtight joining in a state of being made.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池のガスシール部材は、固体酸化物形燃料電池の各セパレータに設けられたガスの供給および排気のための各マニホールド部の間に配置されるガスシール部材であって、リング状に形成された絶縁性の無機材料より構成された絶縁リングと、リング状に形成された金属板より構成されて絶縁リングの一方の面に真空中でロウ付けされた第１金属リングと、リング状に形成された金属板より構成され、絶縁リングの他方の面に真空中でロウ付けされた第２金属リングとを備え、第１金属リングと一方のマニホールド部とが溶接され、第２金属リングと他方のマニホールド部とが溶接されるものである。   The gas seal member of the solid oxide fuel cell according to the present invention is a gas seal member disposed between the manifold portions for supplying and exhausting the gas provided in each separator of the solid oxide fuel cell. A first insulating ring formed of an insulating inorganic material formed in a ring shape and a metal plate formed in a ring shape and brazed in vacuum to one surface of the insulating ring. A metal ring and a metal plate formed in a ring shape are provided, and a second metal ring brazed in vacuum on the other surface of the insulating ring is provided, and the first metal ring and one manifold portion are welded. Then, the second metal ring and the other manifold part are welded.

上記固体酸化物形燃料電池のガスシール部材において、第１金属リングと一方のマニホールド部との溶接箇所を加熱することで、第１金属リングと一方のマニホールド部とが溶接され、第２金属リングと他方のマニホールド部との溶接箇所を加熱することで、第２金属リングと他方のマニホールド部とが溶接されるようにすればよい。また、第１金属リングは、絶縁リングの外周部より突出する庇部を備えるとよい。   In the gas seal member of the solid oxide fuel cell, the first metal ring and the one manifold portion are welded by heating the welding portion between the first metal ring and the one manifold portion, whereby the second metal ring is welded. The second metal ring and the other manifold portion may be welded by heating the welding location between the first manifold portion and the other manifold portion. The first metal ring may include a flange that protrudes from the outer periphery of the insulating ring.

また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の接続方法は、固体酸化物形燃料電池の各セパレータに設けられたガスの供給および排気のための各マニホールド部の間を接続する接続方法であって、リング状に形成された絶縁性の無機材料より構成された絶縁リングの一方の面にロウ付けされた第１リングに、一方のマニホールド部を溶接する第１工程と、絶縁リングの他方の面にロウ付けされた第２金属リングに、他方のマニホールド部を溶接する第２工程とを備え、第１金属リングは、リング状に形成された金属板より構成されて絶縁リングの一方の面に真空中でロウ付けされ、第２金属リングは、リング状に形成された金属板より構成され、絶縁リングの他方の面に真空中でロウ付けされたものである。   Further, the connection method of the solid oxide fuel cell according to the present invention is a connection method for connecting between the manifold portions for gas supply and exhaust provided in each separator of the solid oxide fuel cell. A first step of welding one manifold portion to a first ring brazed to one surface of an insulating ring made of an insulating inorganic material formed in a ring shape, and the other of the insulating ring A second metal ring brazed to the surface, and a second step of welding the other manifold portion, wherein the first metal ring is formed of a metal plate formed in a ring shape and is formed on one surface of the insulating ring. The second metal ring is composed of a metal plate formed in a ring shape, and is brazed to the other surface of the insulating ring in a vacuum.

上記固体酸化物形燃料電池の接続方法において、第１金属リングと一方のマニホールド部との溶接箇所を加熱することで、第１金属リングと一方のマニホールド部とを溶接し、第２金属リングと他方のマニホールド部との溶接箇所を加熱することで、第２金属リングと他方のマニホールド部とを溶接するようにすればよい。また、第１金属リングは、絶縁リングの外周部より突出する庇部を備えるとよい。   In the connection method of the solid oxide fuel cell, the first metal ring and the one manifold part are welded by heating a welding portion between the first metal ring and the one manifold part, and the second metal ring and What is necessary is just to weld a 2nd metal ring and the other manifold part by heating the welding location with the other manifold part. The first metal ring may include a flange that protrudes from the outer periphery of the insulating ring.

以上説明したように、本発明によれば、各マニホールド部の接合に、絶縁性の無機材料より構成された絶縁リングと、絶縁リングの一方の面に真空中でロウ付けされた第１金属リングと、絶縁リングの他方の面に真空中でロウ付けされた第２金属リングとを備えるガスシール部材を用いるようにしたので、セパレータや固体酸化物形燃料電池セルの劣化を招くことなく、マニホールドを構成する各マニホールド部の間を、絶縁分離した状態で気密に接合できるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, an insulating ring made of an insulating inorganic material and a first metal ring brazed to one surface of the insulating ring in a vacuum for joining the manifold portions. And a gas seal member comprising a second metal ring brazed to the other surface of the insulating ring in a vacuum, so that there is no deterioration of the separator and the solid oxide fuel cell, and the manifold An excellent effect is obtained in that the manifold parts constituting each can be hermetically joined in a state of being insulated and separated.

本発明の実施の形態におけるガスシール部材の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the gas seal member in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるガスシール部材の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the gas seal member in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における接続方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the connection method in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における接続方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the connection method in embodiment of this invention. 固体酸化物形燃料電池の構成を概略的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a configuration of a solid oxide fuel cell. 接続方法とマニホールド内の残圧との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between a connection method and the residual pressure in a manifold.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１Ａは、本発明の実施の形態におけるガスシール部材１００の構成を示す断面図、図１Ｂは、本発明の実施の形態におけるガスシール部材１００の構成を示す斜視図である。このガスシール部材１００は、セルを積層している固体酸化物形燃料電池の、各セパレータのマニホールド部間に配置され、マニホールド部間を、電気的に絶縁した状態で気密に接続するためのものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a cross-sectional view showing the configuration of the gas seal member 100 in the embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a perspective view showing the configuration of the gas seal member 100 in the embodiment of the present invention. This gas seal member 100 is disposed between the manifold portions of each separator of the solid oxide fuel cell in which the cells are stacked, and is used for airtight connection between the manifold portions in an electrically insulated state. It is.

ガスシール部材１００は、金属リング１０１，ロウ材１０２，絶縁リング１０３，ロウ材１０４，および金属リング１０５から構成されている。金属リング１０１，絶縁リング１０３，および金属リング１０５は、各々の間がロウ材１０２およびロウ材１０４により接合されて積層されている。言い換えると、ガスシール部材１００は、絶縁リング１０３の一方の面にロウ付けされた金属リング１０１と、絶縁リング１０３の他方の面にロウ付けされた金属リング１０２とを備えるものである。また、金属リング１０１，絶縁リング１０３，および金属リング１０５は、内側の開口部の位置が合うように配置され、これら積層構造体は、筒形状とされている。   The gas seal member 100 includes a metal ring 101, a brazing material 102, an insulating ring 103, a brazing material 104, and a metal ring 105. The metal ring 101, the insulating ring 103, and the metal ring 105 are laminated by being joined by a brazing material 102 and a brazing material 104. In other words, the gas seal member 100 includes the metal ring 101 brazed to one surface of the insulating ring 103 and the metal ring 102 brazed to the other surface of the insulating ring 103. Further, the metal ring 101, the insulating ring 103, and the metal ring 105 are arranged so that the positions of the inner openings are aligned, and these laminated structures are formed in a cylindrical shape.

金属リング１０１および金属リング１０５は、リング状の金属板であり、例えば、マニホールド部と同様の耐熱合金から構成されている。金属リング１０１および金属リング１０５は、例えば、厚さ１ｍｍ程度に形成されている。また、絶縁リング１０３は、絶縁性の無機材料からなるリング状の板部材であり、例えば、高い絶縁性を有する酸化金属の焼結体（セラミック）などから構成されている。絶縁リング１０３は、例えば、４厚さ４ｍ程度に形成されている。   The metal ring 101 and the metal ring 105 are ring-shaped metal plates and are made of, for example, a heat-resistant alloy similar to the manifold portion. The metal ring 101 and the metal ring 105 are formed with a thickness of about 1 mm, for example. The insulating ring 103 is a ring-shaped plate member made of an insulating inorganic material, and is made of, for example, a metal oxide sintered body (ceramic) having high insulating properties. The insulating ring 103 is formed with a thickness of about 4 m, for example.

金属リング１０１，絶縁リング１０３，および金属リング１０５は、いわゆる真空中で加熱されることにより、ロウ材１０２およびロウ材１０４でロウ付けされている。例えば、真空中で１０００〜１３００℃程度に加熱することで、金属リング１０１および金属リング１０５と絶縁リング１０３とをロウ付けすることができる。真空中でロウ付けされているので、金属リング１０１および金属リング１０５が酸化されることがない。また、ガスシール部材１００は、この全体を加熱することでロウ付けを行うので、絶縁リング１０３が局所的に加熱されることが無く、部分的な応力発生による破損などが抑制されるようになる。   The metal ring 101, the insulating ring 103, and the metal ring 105 are brazed with a brazing material 102 and a brazing material 104 by being heated in a so-called vacuum. For example, the metal ring 101, the metal ring 105, and the insulating ring 103 can be brazed by heating to about 1000 to 1300 ° C. in a vacuum. Since the brazing is performed in a vacuum, the metal ring 101 and the metal ring 105 are not oxidized. Further, since the gas seal member 100 is brazed by heating the whole, the insulating ring 103 is not locally heated, and damage due to partial stress generation is suppressed. .

また、金属リング１０１は、マニホールド部の外形と同形状の外形、およびマニホールド部の内形と同形状の内形に形成されている。これに対し、絶縁リング１０３および金属リング１０５は、金属リング１０１より小さい外形に形成されている。このように、本実施の形態におけるガスシール部材１００では、金属リング１０１が、リング状のガスリール部材の全周において突出している庇部１０１ａを備えている。従って、金属リング１０５の側の上部からガスシール部材１００を見ると、金属リング１０１の庇部１０１ａが、金属リング１０５の上面と共に同時に見込める状態となっている。   Further, the metal ring 101 is formed in an outer shape having the same shape as the outer shape of the manifold portion and an inner shape having the same shape as the inner shape of the manifold portion. On the other hand, the insulating ring 103 and the metal ring 105 are formed in an outer shape smaller than the metal ring 101. As described above, in the gas seal member 100 according to the present embodiment, the metal ring 101 includes the flange portion 101a that protrudes on the entire circumference of the ring-shaped gas reel member. Therefore, when the gas seal member 100 is viewed from the upper part on the metal ring 105 side, the flange portion 101 a of the metal ring 101 can be expected together with the upper surface of the metal ring 105.

次に、上述したガスシール部材１００を用いた本実施の形態における接続方法について説明する。まず、図２Ａに示すように、１組のセル２０５およびセパレータ２０１を用意する。セパレータ２０１は、燃料極２０２，電解質２０３，空気極２０４を備えたセル２０５を収容部に収容している。また、燃料極２０２の側を密閉するように電解質２０３の周囲にはシール部２０６が設けられている。また、セパレータ２０１の内部には、燃料極２０２に燃料ガスを供給する給気経路２０７および排気経路２０８が形成されている。   Next, a connection method in the present embodiment using the gas seal member 100 described above will be described. First, as shown in FIG. 2A, a set of cells 205 and a separator 201 are prepared. The separator 201 accommodates a cell 205 including a fuel electrode 202, an electrolyte 203, and an air electrode 204 in an accommodating portion. In addition, a seal portion 206 is provided around the electrolyte 203 so as to seal the fuel electrode 202 side. An air supply path 207 and an exhaust path 208 for supplying fuel gas to the fuel electrode 202 are formed inside the separator 201.

また、セパレータ２０１の周囲には、給気経路２０７に配管２０９で接続する燃料供給マニホールド部２１１が設けられている。また、排気経路２０８に配管２１０で接続する燃料排出マニホールド部２１２が設けられている。なお、図示していないが、セパレータ２０１の図面における下面側に空気（酸化剤ガス）を供給するための給気経路がセパレータ２０１には形成されている。また、この給気経路に配管で接続する空気供給マニホールド部も設けられている。   Further, around the separator 201, a fuel supply manifold portion 211 connected to the air supply path 207 by a pipe 209 is provided. In addition, a fuel discharge manifold portion 212 connected to the exhaust path 208 by a pipe 210 is provided. Although not shown, the separator 201 is provided with an air supply path for supplying air (oxidant gas) to the lower surface side of the separator 201 in the drawing. An air supply manifold section connected to the air supply path by piping is also provided.

上述したような１組のセルユニットにおいて、各マニホールド部の上にガスシール部材１００を配置し、各マニホールド部の上面に金属リング１０１の表面を当接させる。図２Ａでは、金属リング１０１はガスシール部材１００の最下層となっているため、ここでは、各マニホールド部の上面に、ガスシール部材１００の下面を当接させることになる。この状態で、庇部１０１ａにレーザ２２１を照射し、溶接箇所となる庇部１０１ａと各マニホールド部の上面とをレーザ溶接する。庇部１０１ａと各マニホールド部の上面との全周をレーザ溶接により気密に接合する。このとき、セパレータ２０１は加熱されることがないので、酸化されることも抑制され、電気抵抗の増加を招くことがない。   In one set of cell units as described above, the gas seal member 100 is disposed on each manifold part, and the surface of the metal ring 101 is brought into contact with the upper surface of each manifold part. In FIG. 2A, since the metal ring 101 is the lowermost layer of the gas seal member 100, the lower surface of the gas seal member 100 is brought into contact with the upper surface of each manifold portion here. In this state, the flange portion 101a is irradiated with a laser 221 to laser-weld the flange portion 101a that is a welding location and the upper surface of each manifold portion. The entire periphery of the flange portion 101a and the upper surface of each manifold portion is airtightly joined by laser welding. At this time, since the separator 201 is not heated, it is suppressed from being oxidized, and the electrical resistance is not increased.

次に、図２Ｂに示すように、新たな１組のセルユニットを積層する。これにより、燃料供給マニホールド部２１１および燃料排出マニホールド部２１２の各マニホールド部の上に金属リング１０１（庇部１０１ａ）が溶接されたガスシール部材１００の上に、新たな燃料供給マニホールド部２１１および燃料排出マニホールド部２１２の各マニホールド部の下面が当接する。ここでは、新たなセルユニットの各マニホールド部の下面が、各ガスシール部材１００（金属リング１０５）の上面に当接する。   Next, as shown in FIG. 2B, a new set of cell units is stacked. As a result, a new fuel supply manifold portion 211 and a fuel are formed on the gas seal member 100 in which the metal ring 101 (the flange portion 101a) is welded onto the manifold portions of the fuel supply manifold portion 211 and the fuel discharge manifold portion 212. The lower surface of each manifold part of the discharge manifold part 212 abuts. Here, the lower surface of each manifold portion of the new cell unit comes into contact with the upper surface of each gas seal member 100 (metal ring 105).

この状態で、新たなセルユニットの各マニホールド部にレーザ２２２を照射し、溶接箇所となる新たなセルユニットの各マニホールド部の下面と各ガスシール部材１００の金属リング１０５の上面とを溶接する。金属リング１０５と各マニホールド部の下面との全周をレーザ溶接により気密に接合する。このレーザ溶接は、前述した庇部１０１ａの溶接より内側の領域（溶接箇所）に、レーザ２２２を照射して行う。従って、庇部１０１ａと各マニホールド部の上面との溶接部分（溶接箇所）には、レーザが照射されることが無い。また、この場合においても、セパレータ２０１は加熱されることがないので、酸化されることも抑制され、電気抵抗の増加を招くことがない。   In this state, the laser 222 is irradiated to each manifold part of the new cell unit, and the lower surface of each manifold part of the new cell unit that becomes a welding location and the upper surface of the metal ring 105 of each gas seal member 100 are welded. The entire circumference of the metal ring 105 and the lower surface of each manifold portion is joined in an airtight manner by laser welding. This laser welding is performed by irradiating a laser 222 to a region (welding location) inside the above-described welding of the flange portion 101a. Therefore, the laser is not irradiated to the welded portion (welded location) between the flange portion 101a and the upper surface of each manifold portion. Also in this case, since the separator 201 is not heated, the oxidation is suppressed and the electrical resistance is not increased.

また、上述したように、マニホールド部の上方からのレーザ照射によれば、マニホールド部の全周に対してレーザを照射することが容易である。例えば、マニホールド部の側方よりレーザ照射をすることも考えられる。この場合、ロウ付けを行うマニホールド部の全周に、この周囲からレーザを照射することになる。しかしながら、マニホールド部の周囲には、セパレータ部分もあるためため、マニホールド部の側方からのレーザ照射は、実現が容易ではない。このように、レーザ溶接の場合、上方からのレーザ照射が重要となる。このため、１つのガスシール部材１００に対して２回の溶接工程を行う本実施の形態によれば、上述したように庇部１０１ａを設け、２回の溶接工程におけるレーザ照射部が異なるようにすることよい。   Further, as described above, according to the laser irradiation from above the manifold portion, it is easy to irradiate the entire circumference of the manifold portion with the laser. For example, laser irradiation can be considered from the side of the manifold portion. In this case, the entire periphery of the manifold portion to be brazed is irradiated with laser from this periphery. However, since there is also a separator part around the manifold part, laser irradiation from the side of the manifold part is not easy to realize. Thus, in the case of laser welding, laser irradiation from above is important. For this reason, according to this Embodiment which performs two welding processes with respect to one gas seal member 100, as mentioned above, the collar part 101a is provided, and the laser irradiation part in two welding processes is different. Good to do.

以上に説明したように、本実施の形態では、「セルユニットの各マニホールド部の上へのガスシール部材１００の配置→庇部１０１ａと各マニホールド部上面との溶接→新たなセルユニットの積層→新たなセルユニットの各マニホールド部の下面と金属リング１０５の上面との溶接」により、積層されるマニホールド部の間を絶縁分離した状態で気密に接合するところに特徴がある。このようにすることで、セパレータやセルは加熱されることがないため。セパレータやセルの劣化を招くことない。なお、上述した工程を繰り返し、所望とするセルユニット数を積層することで、図３の斜視図に示すように、固体酸化物形燃料電池が形成される。   As described above, in the present embodiment, “disposition of the gas seal member 100 on each manifold part of the cell unit → welding the flange 101a and the upper surface of each manifold part → lamination of a new cell unit → It is characterized in that the manifold portions to be laminated are joined in an airtight manner while being insulated and separated by “welding the lower surface of each manifold portion of the new cell unit and the upper surface of the metal ring 105”. By doing in this way, a separator and a cell are not heated. No deterioration of the separator or cell. By repeating the above-described steps and stacking the desired number of cell units, a solid oxide fuel cell is formed as shown in the perspective view of FIG.

図３に示す固体酸化物燃料電池では、複数のセパレータ２０１およびセル２０５が積層されて、セルスタック３０１を構成している。また、複数の燃料供給マニホールド部２１１およびガスシール部材１００が、各々の間が溶接されて積層され、燃料供給マニホールド３０２を構成している。また、複数の燃料排出マニホールド部２１２およびガスシール部材１００が、各々の間が溶接されて積層され、燃料排出マニホールド３０３を構成している。また、複数の空気供給マニホールド部２１４およびガスシール部材１００ａが、各々の間が溶接されて積層され、空気供給マニホールド３０４を構成している。   In the solid oxide fuel cell shown in FIG. 3, a plurality of separators 201 and cells 205 are stacked to constitute a cell stack 301. In addition, a plurality of fuel supply manifold portions 211 and the gas seal member 100 are stacked by being welded to each other to constitute a fuel supply manifold 302. In addition, a plurality of fuel discharge manifold portions 212 and the gas seal member 100 are stacked by being welded to each other to constitute a fuel discharge manifold 303. In addition, a plurality of air supply manifold portions 214 and the gas seal member 100a are stacked by welding between each other to constitute an air supply manifold 304.

燃料供給マニホールド３０２に供給されている燃料ガスは、各セパレータ２０１に接続されている各配管２０９を経由し、各セル２０５の燃料極側に供給される。また、空気供給マニホールド３０４に供給されている空気は、各セパレータ２０１に接続されている各配管２１３を経由し、各セル２０５の空気極側に供給される。また、各セル２０５の燃料極側における余剰の燃料ガスは、各セパレータ２０１に接続されている各配管２１０を経由して、燃料排出マニホールド３０３に排出される。一方、空気極の側の各セパレータ２０１の間は開放されており、この領域より空気極側に供給される空気の余剰分が排出される。なお、図３では、各部分を概略的に示している。   The fuel gas supplied to the fuel supply manifold 302 is supplied to the fuel electrode side of each cell 205 via each pipe 209 connected to each separator 201. In addition, the air supplied to the air supply manifold 304 is supplied to the air electrode side of each cell 205 via each pipe 213 connected to each separator 201. Further, surplus fuel gas on the fuel electrode side of each cell 205 is discharged to the fuel discharge manifold 303 via each pipe 210 connected to each separator 201. On the other hand, the separators 201 on the air electrode side are open, and excess air supplied to the air electrode side is discharged from this region. In addition, in FIG. 3, each part is shown schematically.

以上に説明した本実施の形態における接続方法によれば、図４の（ａ）に示すように、マニホールド内の残圧が、２００分経過してもほとんど低下しない。これに対し、各マニホールド部の間をガラス材料でシールして接続する場合、図４（ｂ）に示すように、３０分ほどでマニホールド内の残圧が大きく低下する。このように、本実施の形態における接続方法によれば、ガラス材料でシールした場合のようにガス漏れの発生がほとんどない状態で、各マニホールド部の間を、絶縁分離した状態で気密に接合できるようになる。   According to the connection method in the present embodiment described above, the residual pressure in the manifold hardly decreases even after 200 minutes, as shown in FIG. On the other hand, when sealing and connecting between each manifold part with a glass material, as shown in FIG.4 (b), the residual pressure in a manifold will fall large in about 30 minutes. As described above, according to the connection method in the present embodiment, the manifold portions can be hermetically bonded in a state of being insulated and separated, with almost no gas leakage as in the case of sealing with a glass material. It becomes like this.

なお、上述では、いわゆる外部マニホールド型の固体酸化物形燃料電池について説明したが、これに限るものではない。例えば、内部マニホールド型の固体酸化物形燃料電池の各マニホールド部の間を接合する場合にも、同様に適用可能である。また、上述では、レーザ溶接を例に説明したが、これに限るものではなく、他の溶接方法により、ガスシール部材１００（金属リング１０１，金属リング１０５）と、マニホールド部とを溶接するようにしてもよい。   In the above description, a so-called external manifold type solid oxide fuel cell has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be similarly applied to the case where the manifold portions of the internal manifold type solid oxide fuel cell are joined. In the above description, laser welding has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the gas seal member 100 (metal ring 101, metal ring 105) and the manifold portion are welded by another welding method. May be.

１００…ガスシール部材、１０１…金属リング、１０１ａ…庇部、１０２…ロウ材、１０３…絶縁リング、１０４…ロウ材、１０５…金属リング、２０１…セパレータ、２０２…燃料極、２０３…電解質、２０４…空気極、２０５…セル、２０６…シール部、２０７…給気経路、２０８…排気経路、２０９…配管、２１０…配管、２１１…燃料供給マニホールド部、２１２…燃料排出マニホールド部、２２１，２２２…レーザ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Gas seal member, 101 ... Metal ring, 101a ... Gutter, 102 ... Brazing material, 103 ... Insulating ring, 104 ... Brazing material, 105 ... Metal ring, 201 ... Separator, 202 ... Fuel electrode, 203 ... Electrolyte, 204 ... Air electrode, 205 ... Cell, 206 ... Seal part, 207 ... Air supply path, 208 ... Exhaust path, 209 ... Piping, 210 ... Piping, 211 ... Fuel supply manifold part, 212 ... Fuel discharge manifold part, 221,222 ... laser.

Claims (6)

固体酸化物形燃料電池の各セパレータに設けられたガスの供給および排気のための各マニホールド部の間に配置されるガスシール部材であって、
リング状に形成された絶縁性の無機材料より構成された絶縁リングと、
リング状に形成された金属板より構成されて前記絶縁リングの一方の面に真空中でロウ付けされた第１金属リングと、
リング状に形成された金属板より構成され、前記絶縁リングの他方の面に真空中でロウ付けされた第２金属リングと
を備え、
前記第１金属リングと一方の前記マニホールド部とが溶接され、前記第２金属リングと他方の前記マニホールド部とが溶接される
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池のガスシール部材。 A gas seal member disposed between each manifold portion for supplying and exhausting a gas provided in each separator of a solid oxide fuel cell,
An insulating ring composed of an insulating inorganic material formed in a ring shape;
A first metal ring composed of a metal plate formed in a ring shape and brazed to one surface of the insulating ring in a vacuum;
A second metal ring composed of a metal plate formed in a ring shape and brazed to the other surface of the insulating ring in a vacuum;
The gas seal member of a solid oxide fuel cell, wherein the first metal ring and one of the manifold parts are welded, and the second metal ring and the other manifold part are welded. 請求項１記載の固体酸化物形燃料電池のガスシール部材において、
前記第１金属リングと一方の前記マニホールド部との溶接箇所を加熱することで、前記第１金属リングと一方の前記マニホールド部とが溶接され、
前記第２金属リングと他方の前記マニホールド部との溶接箇所を加熱することで、前記第２金属リングと他方の前記マニホールド部とが溶接される
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池のガスシール部材。 The gas seal member of the solid oxide fuel cell according to claim 1,
The first metal ring and one of the manifold parts are welded by heating a welding spot between the first metal ring and one of the manifold parts,
The gas of the solid oxide fuel cell, wherein the second metal ring and the other manifold part are welded by heating a welding portion between the second metal ring and the other manifold part. Seal member. 請求項１または２記載の固体酸化物形燃料電池のガスシール部材において、
前記第１金属リングは、前記絶縁リングの外周部より突出する庇部を備える
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池のガスシール部材。 The gas seal member of the solid oxide fuel cell according to claim 1 or 2,
The gas seal member for a solid oxide fuel cell, wherein the first metal ring includes a flange protruding from an outer periphery of the insulating ring. 固体酸化物形燃料電池の各セパレータに設けられたガスの供給および排気のための各マニホールド部の間を接続する接続方法であって、
リング状に形成された絶縁性の無機材料より構成された絶縁リングの一方の面にロウ付けされた第１リングに、一方の前記マニホールド部を溶接する第１工程と、
前記絶縁リングの他方の面にロウ付けされた第２金属リングに、他方の前記マニホールド部を溶接する第２工程と
を備え、
前記第１金属リングは、リング状に形成された金属板より構成されて前記絶縁リングの一方の面に真空中でロウ付けされ、前記第２金属リングは、リング状に形成された金属板より構成され、前記絶縁リングの他方の面に真空中でロウ付けされたものである
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池の接続方法。 A connection method for connecting between manifold portions for gas supply and exhaust provided in each separator of a solid oxide fuel cell,
A first step of welding one of the manifold parts to a first ring brazed to one surface of an insulating ring made of an insulating inorganic material formed in a ring shape;
A second step of welding the other manifold part to a second metal ring brazed to the other surface of the insulating ring,
The first metal ring is composed of a metal plate formed in a ring shape and brazed to one surface of the insulating ring in a vacuum, and the second metal ring is composed of a metal plate formed in a ring shape. A method for connecting solid oxide fuel cells, characterized in that the other surface of the insulating ring is brazed in a vacuum. 請求項４記載の固体酸化物形燃料電池の接続方法において、
前記第１金属リングと一方の前記マニホールド部との溶接箇所を加熱することで、前記第１金属リングと一方の前記マニホールド部とを溶接し、
前記第２金属リングと他方の前記マニホールド部との溶接箇所を加熱することで、前記第２金属リングと他方の前記マニホールド部とを溶接する
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池の接続方法。 In the connection method of the solid oxide fuel cell according to claim 4,
By heating a welding location between the first metal ring and one of the manifold parts, the first metal ring and one of the manifold parts are welded,
A method for connecting solid oxide fuel cells, wherein the second metal ring and the other manifold part are welded by heating a welding portion between the second metal ring and the other manifold part. . 請求項４または５記載の固体酸化物形燃料電池の接続方法において、
前記第１金属リングは、前記絶縁リングの外周部より突出する庇部を備える
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池の接続方法。 In the connection method of the solid oxide fuel cell of Claim 4 or 5,
The first metal ring includes a flange protruding from an outer peripheral portion of the insulating ring. A method for connecting solid oxide fuel cells, wherein
JP2009064076A 2009-03-17 2009-03-17 Gas seal member and connection method of solid oxide fuel cell Expired - Fee Related JP5209547B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009064076A JP5209547B2 (en) 2009-03-17 2009-03-17 Gas seal member and connection method of solid oxide fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009064076A JP5209547B2 (en) 2009-03-17 2009-03-17 Gas seal member and connection method of solid oxide fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010218873A JP2010218873A (en) 2010-09-30
JP5209547B2 true JP5209547B2 (en) 2013-06-12

Family

ID=42977478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009064076A Expired - Fee Related JP5209547B2 (en) 2009-03-17 2009-03-17 Gas seal member and connection method of solid oxide fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5209547B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2974401B1 (en) * 2011-04-22 2013-06-14 Commissariat Energie Atomique METALLIC SEAL SEAL WITH CERAMIC WAVE
WO2015174386A1 (en) 2014-05-13 2015-11-19 住友精密工業株式会社 Fuel cell

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2829207B2 (en) * 1992-12-07 1998-11-25 株式会社東芝 Stacked fuel cell
JP4696470B2 (en) * 2004-05-13 2011-06-08 三菱マテリアル株式会社 Fuel cell
JP4291299B2 (en) * 2005-06-02 2009-07-08 日本電信電話株式会社 Flat type solid oxide fuel cell
JP2007053043A (en) * 2005-08-19 2007-03-01 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Manifold structure of fuel cell and method of manufacturing same
US20070111068A1 (en) * 2005-11-17 2007-05-17 General Electric Company Compliant feed tubes for planar solid oxide fuel cell systems
JP4900364B2 (en) * 2008-11-04 2012-03-21 三菱マテリアル株式会社 Fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010218873A (en) 2010-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101903863B1 (en) Fuel cell and method for manufacturing same
JP6039110B2 (en) Fuel cell cassette and fuel cell stack for solid oxide fuel cell
JP6054912B2 (en) Fuel cell and manufacturing method thereof
WO2015064067A1 (en) Separator-fitted single fuel cell, and fuel cell stack
JP4438295B2 (en) Fuel cell
JP2012230875A (en) Solid oxide fuel cell and manufacturing method of the same
JP2016510164A (en) Bipolar plate for fuel cell, fuel cell, and method for producing bipolar plate
JP6131426B2 (en) Fuel cell seal structure
JP6199697B2 (en) Fuel cell single cell with separator, fuel cell stack, and manufacturing method thereof
JP2005150053A (en) Solid electrolyte fuel cell
JP5209547B2 (en) Gas seal member and connection method of solid oxide fuel cell
JP4900364B2 (en) Fuel cell
JP5727431B2 (en) Fuel cell with separator and fuel cell
JP6339495B2 (en) Interconnector-fuel cell single cell composite and fuel cell stack
JP2012190725A (en) Solid oxide fuel battery
TWI657614B (en) Hermetic high temperature dielectric conduit assemblies
JP6118230B2 (en) Fuel cell stack
JP2010287440A (en) Solid-oxide fuel cell and method of manufacturing the same
JP6231388B2 (en) Fuel cell cassette and fuel cell stack
JP5727432B2 (en) Fuel cell with separator, method for manufacturing the same, and fuel cell stack
JP6805203B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6185448B2 (en) Terminal plate and fuel cell for fuel cell
WO2016175231A1 (en) Fuel cell stack
WO2018020684A1 (en) Fuel cell
JP6861185B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110309

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20120213

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20120213

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20120213

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130205

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130219

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130221

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160301

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees