JPH02306545A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、板状電解質層の一方の面に膜状又は板状酸素
極をかつ他方の面に膜状又は板状燃料極を付設したセル
を、前記酸素極が酸素含有ガス流路にかつ前記燃料極が
燃料流路に臨む状態で設けた燃料電池、詳しくはセル構
造及びセル取付構造の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来、第９図に示すように、板状電解質層（１）の−面
に膜状又は板状酸素極（２）をかつ他面に膜状又板状燃
料極（３）を有するセル（Ｃ）に、酸素極（２）との間
に酸素含有ガス流路（４１）を形成する第１セパレータ
（４２）、並びに、燃料極（３）との間に燃料流路（４
３）を形成する第２セパレータ（４４）を付設していた
。

そして、第１０図に示すように、燃料流路（４３）及び
酸素含有ガス流路（４１）の一方に連通ずる第１給気路
（４５）と他方に連通ずる第２給気路（４６）を第１隔
壁（４７）で区画形成し、第２給気路（４６）に連通ず
る排気路（４８）と第１給気路（４５）を第２隔壁（４
９）で区画形成し、第１及び第２隔壁（４７）。

（４９）にわたってセル（Ｃ）を架設して、セル（Ｃ）
を第１及び第２隔壁＜４ｎ、　（４９）に気密状に連結
していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、セル（Ｃ）夫々に２個のセパレータ（４２）、
　（４４）を付設しているために、製作が面倒であり、
製作コストが高くなり、そして、多数のセル（Ｃ）を有
する燃料電池が大型になる。

その上、発電に伴う発熱によりセル（Ｃ）が６００〜１
０００℃もの高温になるため、セル（Ｃ）の熱膨張に起
因する応力が両方の隔壁（４７）、　（４９）　とセル
（Ｃ）との気密連結部（５０）に集中して、気密連結部
（５０）、セル（Ｃ）、隔壁、＜４７）、　　（４９）
の破壊が生じやすい。

本発明の目的は、製作を容易安価に実行できるようにセ
ル構造を改良すると恭に、熱チみによる破壊を無くせる
ようにセル取付構造を改良する点にある。

〔課題を解決するための手段〕

、本発明の特徴構成は、 セルの酸素極又は燃料極のいずれか一方側のみにセパレ
ータを付設して、酸素極又＋ｊ燃料極とセパレータとの
間に酸素含有ガス流路又は燃料流路をＵターン形状にし
て形成し、 セルを燃料流路又は酸素含有ガス流路の内部に配置する
と共に、セルの酸素含有ガス流路又は燃料流路の入口に
酸素含有ガス供給路又は燃料供給路をかつ出口に排気路
を接続し、燃料流路と酸素含有ガス流路及び排気路、又
は、酸素含有ガス流路と燃料流路及び排気路を区画する
隔壁に、セルを気密状に連結して、セルを片側で固定し
たことにあり、その作用効果は次の通りである。

〔作　用〕

つまり°、１個のセパレータをセルに付設して、酸素含
有ガス流路と燃料流路の一方だけをセルとセパレータそ
区画形成し、セルを燃料流路又は酸素含有ガス流路の内
部に配置し、酸素極に酸素含有ガスをかつ燃料極に燃料
を夫々各別に供給できるように構成すふことによって、
前述の従来技術では２個必要としたセパレータを１個に
して、セルの製作を容易かつ安価に実行できるようにな
った。また、多数のセルを有する燃料電池を多数のセパ
レータ省略で十分に小型化できるようになった。

さらに、セルとセパレータの間の酸素含有ガス流路又は
燃料流路をＵターン形状にして、そのＵターン形状の流
路に接続した酸素含有ガス供給路又は燃料供給路と排気
路を燃料流路又は酸素含有ガス流路に対して一側方に配
置し、燃料流路と酸素含有ガス供給路及び排気路を区画
するか、酸素含有ガス流路と燃料供給路及び排気路を区
画する隔壁に、セルを気密状に連結し、セルを片側で固
定することによって、流路間での漏れに対するシールを
施しながら、高温になるセルの熱膨張に起因するセルと
隔壁の気密連結部への集中応力を大巾に減少できる。

さらに説明すると、セルはその一側部のみで隔壁に固定
されているから、セルの熱膨張に対する自由度が、前述
従来技術のセル両側固定構造に比して極めて大きくなり
、熱歪みに伴う応力集中が原因となるセノペ隔壁、それ
らの気密連結部の破壊を十分に防止できる。

〔発明の効果〕

その結果、セルの製作を容易安価に実行でき、多数のセ
ルをコンパクトに並設でき、熱歪みに対する耐久性が優
れた、全体として製作面、コスト面、設置面及び耐久性
の全てにおいて一段と優れた燃料電池を提供できるよう
になった。

〔実施例１〕 次に、第１図ないし第４図により第１実施例を示す。

四角形の板状電解質層（１）の一方の面に膜状又は板状
酸素極（２）をかつ他方の面に膜状又は板状燃料極（３
）を、夫々全面又はほぼ全面にわたって一体的に貼付け
た状態で付設して、酸素極（２）と燃料極（３）から起
電力を得るための燃料電池のセル（Ｃ）を形成してある
。

電解質層（１）は、３モル％程度のＹｔを固溶させた正
方晶のＺｒＯ２、その他適当なものから成り、酸素極（
２）はＬａＭｎ０．、その他適当なものから成り、燃料
極（３）はＮ１とＺｒＯ２のサーメット、その他適当な
ものから成る。

三方の辺部に沿うコの字形状の突条部（４ａ）を有する
導電性セパレータ（４）を酸素極（２）側のみに付設し
て、突条部（４ａ）を全長にわたって酸素極（２）に貼
付け、酸素極（２）とセパレータ（４）の間の隙間をＵ
ターン形状の酸素含有ガス流路（５）に形成するための
仕切部材（６）を設けてある。

セパレータ（４）は、酸化と還元に対する耐食性に優れ
た１ａｃｒＯ，、その他適当なものから成り、仕切部材
（６）は、セパレータ（４）と同様の材料又は耐酸化性
に優れたり、ａＭｎＯｓ、その他適当なものから成り、
セパレータ（４）と仕切部材（６）は一体でも別体でも
よい。

Ｕターン形状の酸素含有ガス流路（５）において、熱歪
みを吸収できる柔軟な導電体（７）を、往路部分と復路
部分の夫々に複数個づつほぼ等間隔で平行に、かつ、酸
素極（２）とセパレータ（４）に密着させて設け、酸素
極（２）からセル端子としてのセパレータ（４）への電
気通路の断面積を大きくしてある。

導電体（７）は耐熱性、耐酸化性に優れたしａＭｎ口、
のフェルト状材、その他適当なものから成る。

多数のセル（Ｃ’）を上下に並ぶ状態で隔壁（８ａ）な
いしく８ｄ）で形成した燃料流路（９）の内部に配置し
、セル（Ｃ）どうしの間夫々に、燃料流路（９）を形成
するための導電性のスペーサ（１０）をほぼ等間隔で並
設し、セル（Ｃ）全ての燃料極（３）を燃料流路（９）
に臨ませると共に、セル（Ｃ）全てを導電性スペーサ（
１０）で直列に接続してある。

スペーサ（１０）は熱歪みを吸収できる柔軟な材料、例
えば還元に対する耐食性に優れたＮｉのフェルト状材、
その他適当なものから成る。

セル（Ｃ）内の酸素含有ガス流路（５）夫々の入口に隔
壁（８ａ）、　（１１）、　（１２）で形成した酸素含
有ガス供給路（１３）を接続し、かつ、出口に隔壁（８
ａ）。

（１２）、　（１４）で形成した排気路（１５）を接続
してある。

要するに、酸素含有ガス流路（５）　に空気、酸素富化
空気、酸素などの酸素含有ガスを供給すると共に、燃料
流路（９）　にＨ２供給源としての各種燃料を供給し、
セル（Ｃ）夫々において電解質層（１）　の作用で電力
を発生させ、直列接続した多数のセル（Ｃ）、から電力
を回収するように構成してある。

燃料流路（９）と酸素含有ガス供給路（１３）及び排気
路（１５）を区画する隔壁（８ａ）、並びに、酸素含有
ガス供給路（１３）と排気路（１５）を区画する隔壁（
１２）に、全てのセル（Ｃ）の一端部をセラミック溶融
物などの耐熱性、電気絶縁性の接着材（１６）で気密状
に連結し、全てのセル（Ｃ）の他端部をそれに対向する
隔壁（８ｂ）に対して、セル（Ｃ）の熱膨張を許容する
ための微小な隙間（１７）ができるように配置し、最下
方のセル（Ｃ）を耐熱性、電気絶縁性の支持具（１８）
に載置してある。

つまり、セル（Ｃ）　と隔壁（８ａ）を接着材（１６）
と支持具（１８）によって電気的に絶縁し、接着材（１
６）によって燃料流路（９）、酸素含有ガス供給路（１
３）、排気路（１５）間での漏れに対するシールを施し
、セル（Ｃ）の片側固定によって高温になるセル（Ｃ）
の熱膨張による応力集中を抑制して、セル（Ｃ）、隔壁
（８ａ）、セル（Ｃ）　と隔壁（８ａ）の連結部の破壊
を防止するように構成してある。

〔実施例２〕 次に、第５図ないし第８図により第２実施例を示す。

第１実施例と同様に形成したセル（Ｃ）の燃料極（３）
側のみに、第１実施例と同様のセパレータ（２１）、仕
切部材（２２）、導電体（２３）を付設して、燃料極（
３）　　とセパレータ（２１）の間にＵターン形　　　
□状の燃料流路（２４）を形成してある。

多数のセル（Ｃ）を上下に並ぶ状態で隔壁（２５ａ）な
いしく２５ｄ）で形成した酸素含有ガス流路（２６）の
内部に配置し、第１実施例と同様のスペーサ（２７）に
よりセル（Ｃ）　どうしの量大々に燃料流路（２４）を
形成してある。

セル（Ｃ）内の燃料流路（２４）夫々の入口に隔壁（２
５ａ）、　（２９）、　（３０）で形成した燃料供給路
（３１）を接続し、かつ、出口に隔壁（２５ａ）、　（
２９）、　（３２）で形成した排気路（３３）を接続し
てある。

酸素含有ガス流路（２６）と燃料供給路（３１）及び排
気路（３３）を区画する隔壁（２５ａ）、並びに、燃料
供給路（３１）と排気路（３３）を区画する隔壁（２９
）に、全てのセル（Ｃ）の一端部を第１実施例と同様の
接着材（３４）で気密状に連結し、全てのセル（Ｃ）の
他端部をそれに対向する隔壁（２５ａ）　に対して、セ
ル（Ｃ）の熱膨張を許容するための微小な隙間（３５）
ができるように配置し、最下方のセル（Ｃ）を第１実施
例と同様の支持具（３６）に載置し、第１実施例と同様
の特性を有する燃料電池を形成してある。

〔別実施例〕

次に別実施例を説明する。

酸素極（２）とセパレータ（４）の間に形成したＵター
ン形状の酸素含有ガス流路（５）、及び、燃料極（３）
とセパレータ（２１）の間に形成したＵターン形状の燃
料流路（２４）は、本数や配置関係や形状などにおいて
適当に変更でき、また、導電体（７）、　（２３）を省
略してもよい。

Ｕターン形状の酸素含有ガス流路（５）又は燃料流路（
２４）を形成するための具体構造は適当に変更でき、例
えば第９図に示すように、酸素極（２）とセパレータ（
４）、又は、燃料極（３）とセパレータ（２１）の間に
、酸素含有ガス供給路（１３）又は燃料供給路（３１）
に接続された多数のパイプ（３７）を並設して、パイプ
（３７）内の往路部分とパイプ（３７）外で排気路（１
５）又は（３３）に接続された復路部分によって、Ｕタ
ーン形状の酸素含有ガス流路（５）又は燃料流路（２４
）を形成しても良い。

セパレータ（４）及び（２１）の突条部（４ａ）及び（
２，１ａ）を板状電解質層（１）に貼付でもよく、また
、セパレーク（４）及び（２１）において平板状の主要
部と突条部（４ａ）及び（２１ａ）を別体にして貼付で
もよい。

セル（Ｃ）の並設方向は水平方向など、適当に変更でき
、水平方向に並べる場合はスペーサ（１０）、　（２７
）を省略してもよい。

多数のセル（Ｃ）を並設して成るユニットの複数を電気
的に直列又は並列接続して設けてもよい。

隔壁（８ａ）、　（２５ａ）にセル（Ｃ）を気密状に連
結するに、隔壁（８ａ）、　（２５ａ）とセル（Ｃ）の
間に屈曲板を介装し、屈曲部の撓み変形によって熱膨張
差を吸収させるように構成する等、変形自在で応力発生
がほとんど無い融通気密連結部を形成すると、熱歪によ
る破壊防止をより十分に図れる。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例を示し、第１
図は断面図、第２図は第１図のｎ−■矢視図、第３図は
第１図のＩＩ［−Ｉ矢視図、第４図はセルの分解斜視図
である。 第５図ないし第８図は本発明の第２実施例を示し、第５
図は断面図、第６図は第５図の■−■矢視図、第７図は
第５図の■−■矢視図、第８図はセルの分解斜視図であ
る。 第９図は本発明の別実施例を示す要部図である。 第１０図及び第１１図は従来例を示し、第１０図はセル
の分解斜視図、第１１図は断面図゛である。 （１）・・・・・・電解質層、（２）・・・・・・酸素
極、（３）・・・・・・燃料極、（４）、　（２１）・
・・・・・セパレータ、（５）、　（２６）・・・・・
・酸素含有ガス流路、（８ａ）、　（２５ａ）・・・・
・・隔壁、（９）、　（２４）・・・・・・燃料流路、
（１０）、　（２７）・・・・・・スペーサ、り１３）
・・・・・・酸素含有ガス供給路、（１５）、　（３３
）・・・・・・排気路、（３１）・・・・・・燃料供給
路、（Ｃ）・・・・・・セル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、板状電解質層（１）の一方の面に膜状又は板状酸素
   極（２）をかつ他方の面に膜状又は板状燃料極（３）を
   付設したセル（Ｃ）を、前記酸素極（２）が酸素含有ガ
   ス流路（５）にかつ前記燃料極（３）が燃料流路（９）
   に臨む状態で設けた燃料電池であって、 前記酸素極（２）側のみにセパレータ（４）を付設して
   、前記酸素極（２）と前記セパレータ（４）との間に前
   記酸素含有ガス流路（５）をＵターン形状にして形成し
   、 前記セル（Ｃ）を前記燃料流路（９）の内部に配置する
   と共に、前記セル（Ｃ）内の酸素含有ガス流路（５）の
   入口に酸素含有ガス供給路（１３）をかつ出口に排気路
   （１５）を接続し、前記燃料流路（９）と前記酸素含有
   ガス供給路（１３）及び排気路（１５）を区画する隔壁
   （８ａ）に、前記セル（Ｃ）を気密状に連結して、前記
   セル（Ｃ）を片側で固定してある燃料電池。 ２、板状電解質層（１）の一方の面に膜状又は板状酸素
   極（２）をかつ他方の面に膜状又は板状燃料極（３）を
   付設したセル（Ｃ）を、前記酸素極（２）が酸素含有ガ
   ス流路（２６）にかつ前記燃料極（３）が燃料流路（２
   ４）に臨む状態で設けた燃料電池であって、前記燃料極
   （３）側のみにセパレータ（２１）を付設して、前記燃
   料極（３）と前記セパレータ（２１）との間に前記燃料
   流路（２４）をＵターン形状にして形成し、 前記セル（Ｃ）を前記酸素含有ガス流路（２６）の内部
   に配置すると共に、前記セル（Ｃ）内の燃料流路（２４
   ）の入口に燃料供給路（３１）をかつ出口に排気路（３
   ３）を接続し、 前記酸素含有ガス流路（２６）と前記燃料流路（３１）
   及び排気路（３３）を区画する隔壁（２５ａ）に、前記
   セル（Ｃ）を気密状に連結して、前記セル（Ｃ）を片側
   で固定してある燃料電池。 ３、請求項１記載のセル構造と取付構造の前記セル（Ｃ
   ）を、多数が上下に並ぶ状態で並設し、前記セル（Ｃ）
   どうしの間夫々に、前記燃料流路（９）を形成するため
   のスペーサ（１０）を設けてある燃料電池。 ４、請求項２記載のセル構造と取付構造の前記セル（Ｃ
   ）を、多数が上下に並ぶ状態で並設し、前記セル（Ｃ）
   どうしの間夫々に、前記酸素含有ガス流路（２６）を形
   成するためのスペーサ（２７）を設けてある燃料電池。