JPH04215260A

JPH04215260A - パネル形セラミック高温燃料電池の表面上の温度を可能な限り一様にするデバイス

Info

Publication number: JPH04215260A
Application number: JP3008408A
Authority: JP
Inventors: Ulf Dr Bossel; ウルフ　ボッセル; James R Ferguson; ジェイムズ　エル　ファーガソン; Hans K Luethi; ハンス　カー　リュッティ
Original assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1990-02-08
Filing date: 1991-01-28
Publication date: 1992-08-06
Also published as: EP0440968A1

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の燃料電池は、化学的エネ
ルギーを電気的エネルギーに変換する高温燃料電池であ
る。ほかの変換方式に比較して効率が良いので、電気化
学的変換と要求されるその素子は、重要になりつつある
。

【０００２】本発明は、イオン導電体としてセラミック
の固体電解質を使用している電気化学的高温電池のさら
に前進した開発に関しており、この開発において、電池
は、使用燃料から本質的に独立していなければならず、
またスペース節減構造を可能としなければならない。

【０００３】限定して言えば、本発明は、燃料電池の両
側で作用しているガス状媒質（Ｏ２；ＣＨ４）　の流れ
を少なくとも一方の側で制御することにより、板状のセ
ラミック高温燃料電池の表面の温度分布を可能な限り一
様にするデバイスに関する。

【０００４】

【従来の技術】セラミックの固体電解質より成る高温燃
料電池は、多くの出版物から知られている。この種々の
電池の実際の構成要素は、形状と寸法は非常に多様であ
る。抵抗による電圧損失を最小にするため、電解質層の
厚さを出来るだけ薄くしようとする試みが、到る所で行
われている。その上、この構成要素の形状と寸法は、所
要の端子電圧を得て電流を比較的に小さく保つために、
多くの単電池の直列電気結線を可能とする条件に依存し
ている。

【０００５】フィルター・プレス原理に類似している多
重パネル形平板燃料電池のスタック形配列構造の場合、
パネル面に垂直な電流が、１つの電池の酸素電極から次
の電池の燃料電極へ伝送されなければならない。基本要
素として、これら電極（集電体）への電気的接続とセパ
レート板（バイポーラ板）とは、この機能に不可欠であ
る。

【０００６】これまでに知られている構成要素、配列構
造及びガス供給は、使用材料、設計と製造、及び長期間
の機能に関する最近の必要条件を満足しない。

【０００７】その上、燃料電池へ供給されるガス状媒質
（酸素キャリアとして記号Ｏ２、すなわち空気、炭化水
素の形のガス状燃として記号ＣＨ４、例えばメタン）流
れは、電極の表面が出来る限り一定温度であるように送
られ、また制御されなければならない。

【０００８】ガスの流れの制御と誘導に関しては、誘導
板、偏向板、スクリーンなどのすべての種類の制御板が
、大体において、換気工学から知られている。特に、こ
れら構成要素は、室内換気、空気調整などに使用されて
いる。この目的は、特に、非常に長い距離にわたって一
定温度を維持することである。複数の電池ユニットより
構成された燃料電池装置内を通常の方式で送られるガス
状媒質の流れの場合、装置の種数に関係なく、入口の温
度は、一般に低く、他方、出口では非常に高い。このこ
とは、既知の電池とその装置、すなわち、管状、ハニカ
ム状、コルゲート状、あるいは板状の形式にすべて当て
はまる。

【０００９】燃料電池に使用されている既知の基本的要
素とかなり大型の装置のその配列構造では、一般に、コ
ンパクトでスペース節減タイプの装置の構造を困難して
いる比較的に複雑な幾何学的形状が目に立つ。特に、最
適な直列接続と個々の電池へのガス媒質供給とに使用出
来、また簡単な組立手段で完成するような形状は、見当
たらない。

【００１０】従って、基本的電流伝導構成要素の一層の
開発、単純化及び合理化、及びその最適構造と組立指向
の設計に対し、要望が強い。

【００１１】次の出版物は先行技術に関して記載されて
いる。（１）　オー・アントンセン、ダブリュー・バウカル、
ダブリュー・フィシャー著・セラミック電解質の高温燃
料電池、ブラウン・ボフェリー通信、１月／２月、１９
６６年、２１〜３０頁。（２）　米国特許　　ＮＯ．４，６９２，２７４（３）
　米国特許　　ＮＯ．４，３９５，４６８（４）　ダブ
リュー・ジェイ・ドルラード、ダブリュー・ジー・パー
カー著、“ウェスチング・ハウス・コーポレーションの
固体酸化物燃料電池プログラムの概要”、継続要約、燃
料電池技術と応用、国際セミナー、ヘーグ、オランダ、
１９８７年１０月２６〜２９日。（５）　エフ・ジェイ・ロー著、高温燃料電池、固体電
解質、１９８７年、アカデミック・プレス出版、４３１
頁。（６）　デー・シー・フィー他著、モノリシック燃料電
池の開発、アーゴーン・ナショナル・ラボラトロリ、１
９８６年燃料電池セミナーにおいて提出研究レポート、
１９８９年１０月２６〜２９日、タクソン、アリゾナ州
、米国エネルギー省。

【００１２】

【発明が解決すべき課題】以上の点から、本発明の目的
の１つは、電池素子が集合燃料電池に組込まれている燃
料電池の両側で作用しているガス状媒質（Ｏ２；ＣＨ４
）の流れを少なくとも一方の側で制御することにより、
板状のセラミック高温燃料電池の表面の温度分布を可能
な限り均一にする斬新な素子を提供することである。特
に、本素子は、フィルター・プレスの原理により配列さ
れた燃料電池に適合し、また標準構成要素を形成するた
めに、集電体、セパレート板などのほかの構成要素と統
合することが出来る可能性を付与しなければならない。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的は、初めに述べ
た素子において達成される。この場合、全電極の表面が
、出来る限り一様な温度の媒質（Ｏ２；ＣＨ４）を供給
流動するように、分布構成要素が、電極と、ガス状媒質
（Ｏ２；ＣＨ４）の室を分離するセパレート板との間の
少なくとも一方の側に配置されている。

【００１４】

【実施例】図面に関して、同一参照番号は、すべての図
面について同一または対応する部品を示す。図１は、セ
パレート板と、開孔が形成されている板状で両側に配置
された分布構成要素とより成っている燃料電池の構造の
断面立面図である。実際の燃料電池は、一般にＺｒＯ２
が添加安定処理されたセラミック固体電解質１と、多孔
性の負の燃料極２（Ｎｉ／ＺｒＯ２　サーメット）と、
多孔性の正の酸素極３（Ｌａ／Ｍｎ　ペロブスカイト）
とより構成されている。４は、ガス媒質−酸素キャリア
（Ｏ２、一般に空気）と燃料（ＣＨ４　、この場合メタ
ン）−とを相互に分離するガス不透過性、導電性のセパ
レート板である。５は、分布構成要素として酸素側に傾
斜して伸長している板である。板５は、流れ方向から見
た場合、種々の大きさの開孔６を有する。通常、開孔の
断面は、板の中心に向って増加し、端部へ向って再び減
少する。ガス状酸素キャリア（Ｏ２　）の部分的流れ７
は、最初次第に大きくなり、次に、板５の端部へ向って
再び小さくなる。８は、酸素側の排出ガスの部分的流れ
である。９は、燃料側の分布構成要素として傾斜して伸
長している板である。板９は、流れ方向から見た場合、
最初次第に大きくなり、次に、再び小さくなる開孔１０
を有している。１１は、それぞれガス状燃料（ＣＨ４　
）の部分的流れであり、１２は、燃料側の排出ガスの部
分的流れである。従って、燃料側の流れの状態は、酸素
側のその状態と似ている。ガス状燃料（ＣＨ４　）の流
れの方向は、この場合、ガス状酸素キャリア（Ｏ２）と
同じ方向である（平行流動の原理）。

【００１５】図２は、セパレート板と、ガス透過性素材
の楔形の形で両側に形成された分布構成要素とより構成
された燃料電池の構造の断面立面図である。参照番号１
、２、３、４は、図１とそのまま一致する。この燃料電
池は構成要素１、２、３より成っている。セパレート板
４は、この場合も、ガスの流れ（Ｏ２とＣＨ４　）を分
離する働きをする。７と１１は、同様に、流入している
、供給されたガス媒質の部分的流れであり、８と１２は
、対応する排出ガスの部分的流れである。１３は、酸素
側の流入部の分布構成要素としてのガス透過性楔形要素
である。１４は、酸素側の流出部の対応する楔形要素で
ある。楔形要素１３と１４には、開孔１５があり、軽セ
ラミック材より適切に形成されており、板面と垂直に見
た場合、種々の流動抵抗を有している。これは、図面に
大きさの異なる孔で示されている。流入側において、楔
形要素１３の開孔の大きさは、酸素電極３からセパレー
ト板に向って増大し、従って、流動抵抗は減少する。こ
れと反対に、楔形要素１４の開孔の大きさは、流出側に
おいて酸素電極３からセパレート板に向って減少し、従
って、流動抵抗は増大する。楔形要素１３と１４との相
互作用の結果、部分的流れ７は、酸素電極１３の温度分
布が可能な限り一様であるように、制御される。燃料側
において、同様な状態が、流入部の分布構成要素として
の楔形要素１６と、流出部の分布構成要素としての楔形
要素１７について、現出する。ガス状燃料（ＣＨ４　）
の流れ方向は、この場合、ガス状酸素キリャア（Ｏ２）
の流れ方向とは全く反対である（向流の原理）。

【００１６】図３は、セパレート板と、両側に装着され
た板状分布構成要素と、指状接触片の形で前記構成要素
に強固に固定された集電体とより成る燃料電池構造の断
面立面図を示す。１は固体電解質、２は燃料電池、３は
酸素電極である。４は、流動ガス状媒質（Ｏ２；ＣＨ４
　）を分離するセパレート板である。指状接触片の形の
集電体１８（酸素側）と１９（燃料側）が、開孔を有し
傾斜して伸長している分布構成要素としての板（酸素側
）と９（燃料側）に電気伝導状態で取り付けられている
。これは、局部溶接（スポット溶接）または高温ろう付
（ろう付スポット）により組付けられている。指状接触
片の集電体１８と１９は、９００℃で十分な弾性を有す
る耐熱性材料で製作されている。酸素側の集電体１８は
、そのほかに、動作温度において、耐酸化性であるか、
あるいは非酸化性でなければならない。

【００１７】図４は、セパレート板と、板状の分布構成
要素と、指状接触片の形の集電体とより成る燃料電池構
造の拡大断面立面図である。参照番号１、２、３（燃料
電池）と４（セパレート板）は、第３図の番号にそのま
ま一致する。５は、分布構成要素として働く酸素側の板
であり、開孔を有し傾斜して伸長しており、その上に集
電体１８が、指状接触片の形でスポット溶接２１により
固着されている。集電体１８の指状接触片は、貴金属皮
膜２３（接触点）が付着し電極３に面している側に、そ
れぞれ配置されている。同様なことが、燃料側に適用さ
れる。板９は、指状接触片の形の集電体１９を備えてお
り、接触片はスポット溶接２１により取り付けられてお
り、この部分に関して、電極２に面している側に貴金属
皮膜２３（接触点）が施されている。そのほかのものは
、すべて図３に見られる。

【００１８】図５は、セパレート板と、両側に配置され
た楔形分布構成要素と、独立した波形と螺旋形集電体と
より成る燃料電池構造の断面立面図である。１は固体電
解質、２は燃料電極、３は酸素電極である。４は、ガス
状媒質（Ｏ２；ＣＨ４　）を分離するセパレート板であ
る。分布構成要素として働く酸素側のガス透過性楔形要
素１３と１４は、波形帯の形の集電体２０に沿って貫通
している。セパレート板４に接触している集電体２０の
正弦波の頂点は、スポット溶接２１により圧縮された力
によって、セパレート板へ電気伝導状態で接続しており
、電極３に接触している頂点は、自由に、弾性的に動く
ことが出来る。傾斜した螺旋線の形で集電体に沿って貫
通しているガス透過性楔形要素１６と１７が、燃料側に
分布構成要素として位置している。セパレート板４に接
触している螺旋線の頂点は、スポット溶接２１によりセ
パレート板へ強固に接続している。電極２に接触してい
る集電体２２の頂点は、自由に動くことが出来る。電極
２と３との接触点における集電体の動きを確実にするた
め、局部的切り取り（単純にするため、図示せず）。が
楔形要素１３、１４、１６、１７に設けられている。

【００１９】図６は、セパレート板として、また集電体
として形成された板状モノリシク分布構成要素より成る
燃料電池構造の断面立面図を示す。燃料電池の参照番号
１、２、３は、図１の番号とそのまま一致する。２４は
、成形加工のモノリシック金属板製の本体である。２５
は、前記金属板製本体２４の折曲げ部を示す。傾斜した
伸長している範囲は、集電体１８と１９が、適切な形状
に曲げられた打抜き加工の指状接触片の形で突出してい
る分布構成要素として働く。ガス状媒質の流動方向は、
矢印（Ｏ２；ＣＨ４　）により示されている（向流の原
理）

【００２０】図７は、セパレート板と集電体２６として
働く、Ｏ２とＣＨ４　の向流用の分布構成要素製作の金
属板の平面図である。２６は、折曲げ前のモノリシック
金属板製本体を示す。２５は、金属板製本体の折曲げ部
を示す。２７は、酸素側の金属板製本体に打抜き成形さ
れた薄細片を示す。２８は、燃料側の対応する打抜き成
形された薄細片を示す。この場合、薄細片２７と２８は
矩形をなしている。基本的には、ほかの形状（不等辺四
辺形、三角形）も、これらの薄細片または突起片で構成
することが出来る。この場合（向流の原理）、薄細片２
７と２８の長手方向は、平行線上にある。

【００２１】図８は、セパレート板と集電体として働く
Ｏ２とＣＨ４　の直交流用分布構成要素を製作する金属
板の平面図を示す。参照番号２５、２６、２７、２８は
、図７と同じ意味を有する。この場合の薄細片２８の長
手方向は、薄細片２７の長手方向と直角をなしている。この点は別にして、図７に関する説明は、当てはまる。折曲げ部２５も、相互に垂直である。明らかに、９０度
からはずれたほかの角度及び矩形平面の形状（突出して
いる燃料電池部分）も構成することが出来る。

【００２２】実施例１（図１参照）この実施例は、１辺
の長さが１００ｍｍの四角形平板より成る燃料電池であ
る。固体電解質１は、Ｙ２Ｏ３添加安定処理されたＺｒ
Ｏ２であった。燃料電極２は、Ｎｉ／ＺｒＯ２　サーメ
ットで製作されており、これに対して、酸素電極３は、
ＳｒＯ　添加処理されたＬａ／Ｍｎ　ペロブスカイトか
ら製作された。２個の隣接する燃料電池の間には、厚さ
　０．６ｍｍで耐熱性Ｃｒ／Ａｌ　鋼製のセパレート板
４が配置された。この材料は、タイセン（Ｔｈｙｓｓｅ
ｎ）から購入されたドイツ規格材料番号１．４７２（Ｄ
ＩＮ　ＸＩＯＣｒ　ＡＬ　１８　）であり、組成は次の
通りである。

【００２３】Ｃｒ＝１８％　　重量比Ａｌ＝１％　　重量比Ｓｉ＝　０．８％　　重量比Ｍｎ＝　０．７％　　重量比Ｃ≦　０．１２　％　　重量比Ｐ≦　０．０４　％　　重量比Ｓ≦　０．０３　％　　重量比Ｆｅ＝残り

【００２４】傾斜して伸長している板５は、酸素側の分
布構成要素として設定された。板５は、寸法が１００ｍ
ｍ×１００ｍｍ×　０．３ｍｍの金属板より成り、開孔
６が設けられていた。開孔は、幅が２ｍｍで、長さが２
ｍｍから８ｍｍへ次第に増大して再び２ｍｍへ減少して
変化する矩形スリットの形状をなしていた。横方向のス
リットの間隔は、２．５　ｍｍで、長手方向の間隔は１
０ｍｍであった。商品名ニモニック（Ｎｉｍｏｎｉｃ　
）８０Ａで次の組成を有するニッケル合金が材料として
選択された。

【００２５】Ｃｒ＝１９．５％　　重量比Ａｌ＝１．４
　％　　重量比Ｔｉ＝　２．４％　　重量比Ｚｒ＝　０．０６　％　　重量比Ｍｎ＝　０．３０　％　　重量比Ｓｉ＝　０．３０　％　　重量比Ｂ＝　０．００３％　　重量比Ｃ＝　０．００６％　　重量比Ｎｉ＝残り

【００２６】傾斜して伸長している板９が、燃料側の分
布構成要素として使用された。この板は、寸法が１００
ｍｍ×１００ｍｍ×　０．３ｍｍであり、開孔１０が設
けられていた。この開孔１０（スリット）の寸法と形状
は、酸素側（開孔６）の開孔と同じである。商名インコ
ーネル（Ｉｎｃｏｎｅ）で、次の組成の合金が材料とし
て使用された。Ｃｒ＝１４％　　重量比Ｆｅ＝６％　　重量比Ｎｉ＝８０％　　重量比

【００２７】実施例２（図２参照）燃料電池の配列構造
は、実施例１と類似していた。燃料電池１：２：３とし
て働く正方形板は、一辺の長さが１２０ｍｍであった。セパレート板４は、厚さが　０．４５　ｍｍであり、商
品名がインコーネルＸで次の組成の耐熱性ニッケル合金
より成っていた。

【００２８】Ｃｒ＝１５．０％　　重量比Ｔｉ＝　２．
５％　　重量比Ａｌ＝　０．７％　　重量比Ｎｂ＝　１．０％　　重量比Ｆｅ＝　７．０％　　重量比Ｓｉ＝　０．３％　　重量比Ｍｎ＝　０．４％　　重量比Ｃ＝　０．０４　％　　重量比Ｎｉ＝残り

【００２９】開孔を有しセラミック材シャモット（Ｃｈ
ａｍｍｏｔｅ）より成るガス透過性楔形要素１３、１４
、１６、１７が、酸素側と燃料側との両側に形成された
。これは、横方向に孔の容積に形成する、従ってガス透
過が変化するタイプの非常に軽い粗孔の発泡材であった
。この非常に多孔性発泡材の単位体積当りの重量は、０
．０５から０．１ｋｇ／ｄｍ３　の範囲であった。この
開孔は、直径（流路の直径）が最小で約０．７　ｍｍで
あり、最大で約３ｍｍであった。楔形要素１３と１４（
１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×１０ｍｍ）と１６と１７（１
２０ｍｍ×１２０ｍｍ×６ｍｍ）は、鋭くとがっており
、精密に接合したものであった。酸素側（媒質：空気）
において、楔形要素１３と１４の高さは、合計で１５ｍ
ｍであり、燃料側（媒質：メタン）において、楔形要素
１６と１７の高さの合計は、８ｍｍであった。

【００３０】実施例３（図３と図４参照）この実施例の
板は、燃料電池１；２；３として働く一辺の長さ１２５
ｍｍの正方形の平板である。セパレート板４は、厚さが
　０．５ｍｍで、タイセンより購入されたドイツ規格材
料番号　２．４８６９　（ＤＩＮ　ＮｉＣｒ　８０２０
　）で、次の組成を有するＮｉ／Ｃｒ　熱伝導合金より
成っている。

【００３１】Ｎｉ＝７６％　　重量比Ｃｒ＝２０％　　重量比Ｃｕ＝　０．５％　　重量比Ｓｉ＝　０．９％　　重量比Ｍｎ≦　０．８％　　重量比Ｃ≦　０．１５　％　　重量比Ｐ≦　０．０２５％　　重量比Ｓ＝　０．０２　％　　重量比Ｆｅ＝残り

【００３２】傾斜して伸長している板５が、酸素側に分
布構成要素として形成された。この板は、寸法１２５ｍ
ｍ×１２５ｍｍ×０．２８ｍｍの金属板より成っており
、矩形スリットの形の開孔が形成されていた。スリット
は、幅が２ｍｍで、長さが　１．５ｍｍから７ｍｍの範
囲で次第に変化するものであった。横方向の間隔は　２
．４ｍｍで、スリットの長手方向の間隔は、９ｍｍであ
った。指状接触片の形の集電体１８が、板５に溶接によ
り取り付けられた（スポット溶接２１）。指状接触片は
、幅が１．８　ｍｍで、厚さが０．１５ｍｍであった。その長さは、酸素電極３と板５との間の距離が流れ方向
に増加するに従って、その位置に対応した。板５と同じ板が、集電体１８の材料として使用された。酸素電極３に置かれた集電体１８の部分には、ペースト
付けによりニップル形状に厚さ５０μｍの貴金属の塗膜
２３（接触点）が事前に施されている。この場合、これ
は、貴金属としてＰｔを意味した。商品名が１Ｎ６２５
で、次の組成より成るニッケル超合金が、板５と集電体
１８の材料として使用された。

【００３３】Ｃｒ＝　２１．５　％　　重量比Ｍｏ＝　
９．０％　　重量比Ｎｂ＝　３．６％　　重量比Ａｌ＝　０．２％　　重量比Ｔｉ＝　０．２％　　重量比Ｆｅ＝　２．５％　　重量比Ｍｎ＝　０．２％　　重量比Ｓｉ＝　０．２％　　重量比Ｃ＝　０．０５　％　　重量比Ｎｉ＝残り

【００３４】傾斜して伸長している板９が、燃料側に分
布構成要素として設置された。この板は、大きさが１２
５ｍｍ×１２５ｍｍ×０．２５ｍｍであり、板５のスリ
ットと同じ矩形スリットの開孔が設けられた。酸化物分
散硬化処理の商品名ＴＤニッケル合金が、板９と指状接
触片の形の集電体１９との材料として選定された。ＴｈＯ２＝２．０　％　　重量比Ｎｉ＝残り

【００３５】そのほかの詳細（貴金属塗膜２３、スポッ
ト溶接２１）は、すべて、酸素側のそれと一致した。

【００３６】実施例４（図５）本例の電池は、燃料電池
１；２；３として働く一辺の長さが１００ｍｍの正方形
平板であった。このセパレート板は、厚さが　０．６ｍ
ｍで、商品名インコネルＸのニッケル合金より成ってい
た。流路型の開孔を有し材料酸化アルミニウムより成る
ガス透過性楔形要素１３、１４、１６、１７が、酸素側
と燃料側とに設置された。この発泡材の密度は、０．０
８ｋｇ／ｄｍ３　から０．１５ｋｇ／ｄｍ３　まで次第
に高くなるものであった。開孔の大きさ（孔の直径、流
路の直径）は、最小　０．６ｍｍから最大２．５　ｍｍ
であった。楔形要素１３と１４（１００ｍｍ×１００ｍ
ｍ×８ｍｍ）及び１６と１７（１００ｍｍ×１００ｍｍ
×５ｍｍ）は、鋭くとがり、分離接合点が合うように製
作された。波形帯の形の集電体２０は、製造中及びその
後に、酸素側に埋め込まれるか、またははめ込まれた。波形帯は、幅が　１．５ｍｍ、厚さが０．１５ｍｍ、波
の長さが８ｍｍ、高さ（２倍の振幅）が８ｍｍであった
。集電体２０の使用材料は、商品名ＭＡ７５４で次の組
成より成る酸化物分散硬化処理されたニッケル超合金で
あった。

【００３７】Ｃｒ＝２０％　　重量比Ａｌ＝　０．３％　　重量比Ｔｉ＝　０．５％　　重量比Ｆｅ＝１％　　重量比Ｃ＝　０．０５　％　　重量比Ｙ２Ｏ３＝　０．６％　　重量比Ｎｉ＝残り

【００３８】同様に、傾斜した螺旋状の線の形の集電体
２２が、燃料側にはめ込まれた。線の直径は０．１２ｍ
ｍで、螺旋の直径は、傾斜する前で６ｍｍであり、その
ピッチは４ｍｍであった。縦軸に対し横方向に圧縮され
た後、螺旋面は、縦軸に対する垂直面に関して３０°傾
斜した。従って、螺旋の高さは、約５ｍｍであった。商
品名ＴＮ−ＮｉＣｒの酸化物分散硬化処理のクローム含
入ニッケル合金が、集電体２２の材料として選定された
。

【００３９】Ｃｒ＝２０％　　重量比ＴｈＯ２＝２％　　重量比Ｎｉ＝残り

【００４０】集電体２０と２２は、溶接（スポット溶接
２１）によりセパレート板４に固定された。

【００４１】実施例５（図６と図７参照）本例は、燃料
電池として働く一辺の長さが１００ｍｍの正方形の平板
である。分布構成要素とセパレート板は、モノリシック
なユニットに形成されており、厚さ０．３　ｍｍの１枚
の矩形金属板より製作された。金属板の大きさは、平面
で１００ｍｍ×３０５ｍｍであった。折曲げ前のモノリ
シックな金属板の本体２６は、次の組成を有する商品名
ＭＡ７５４の合金と同様な酸化物分散硬化処理されたＮ
ｉ超合金より成っていた。

【００４２】Ｃｒ＝２０．０％　　重量比Ａｌ＝　０．
３％　　重量比Ｔｉ＝　０．５％　　重量比Ｃ＝　０．０８　％　　重量比Ｙ２Ｏ３＝　０．６％　　重量比Ｎｉ＝残り

【００４３】指状接触片に形づくられたスリットを薄細
片は、金属板本体に打切り加工された。酸素側のスリッ
トは、幅２ｍｍ、長さが２から８ｍｍの範囲に変化した
。薄細片２７の横方向の間隔は、２．５　ｍｍで、長手
方向の間隔は、１０ｍｍであった。薄細片（指状接触片
）は、幅が２ｍｍであった。燃料側において、スリット
は、幅１．６　ｍｍで、長さは、１．６　ｍｍから７ｍ
ｍであった。横手方向の薄細片の間隔は、２．２　ｍｍ
で、長手方向の間隔は、９ｍｍであった。薄細片２８（
指状接触片）は、幅が１．６　ｍｍであった。酸素側と
燃料側の両側において、指状接触片（参照、図４）の頭
部には、水滴状の厚さ４０μｍの貴金属の塗膜が施され
ており、この塗膜は、重量比でロジュウム（Ｒｈ）　を
含有する白金・ロジュウム合金より成っていた。金属板
本体２６は、各内面の最小曲げ半径が約　０．５ｍｍで
あるように、１つの方向に１回、他の方向に１回、約１
７５度の角度で折曲げ部に沿って、折曲げられた。完成後の金属板本体は、参照番号２４（向流の原理）の
ように、Ｚ字形状をなしている。

【００４４】実施例６（図６と図８参照）本例は、燃料
電池１；２；３として働く、一辺の長さが１２０ｍｍの
正方形の平板である。実施例５と同様に、分布構成要素
とセパレート板は、この場合、モノリシックなユニット
に形成されており、平面図でＬ字形状で、厚さが０．３
５ｍｍの一枚の金属板から製作された。分布構成要素と
集電体として働く範囲は、平面図で１２０ｍｍ×１２０
ｍｍであり、セパレート板として働く範囲は、１２０ｍ
ｍ×１２０ｍｍであった。商品名ＴＤ−ＮｉＣｒの酸化
物分散硬化処理されたニッケル・クローム合金が材料と
して選定された。

【００４５】Ｃｒ＝２０％　　重量比ＴｈＯ２＝２．０　％　　重量比Ｎｉ＝残り

【００４６】実施例５と同様に、スリットと薄細片が、
金属板本体２６に打曲げ加工されているが、燃料側の薄
細片２８の長手方向が、酸素側の薄細片２７の長手方向
と垂直になるようになっていた。薄細片または指状接触
片の寸法と間隔は、実施例５において示されたものと全
く同じである。同様なことが、白金・ロジュウム合金の
貴金属塗膜に当てはまる。ここで、金属板本体２６は、
１つの方向に１回、他の方向に１回折曲げ部２５に沿っ
て曲げられた。この結果、図６の参照番号２４に似た折
曲げられた金属板本体が形成されるが、セパレート板の
部分より上の領域（酸素側の集電体１８）は、立面図と
して見られ、セパレート板の部分より下の領域（燃料の
集電体１９）は、側面図として見られるものであった。

【００４７】本発明は、これらの代表的実施例に限定さ
れるものでない。

【００４８】燃料電池の両側で作用するガス状媒質（Ｏ
２；ＣＨ４）の流れを少なくとも一方の側で制御するこ
とにより、パネル形のセラミック製高温燃料電池１：２
：３の表面の温度分布を一様する素子は、全金属の表面
が、出来るだけ均一な温度の流動する供給媒質（Ｏ２；
ＣＨ４）により働くように、電極２；３の１つとガス状
媒質（Ｏ２；ＣＨ４）の室を分離するセパレート板４と
の間の少なくとも１つの側に、分布構成要素５、９；１
３、１４、１６、１７を有している。分布構成要素は、
電極側３の流入端とセパレート板４の流出端との間で、
傾斜して伸長するように配置された板５、９より適切に
成っており、またこの要素には開孔６、１０が設けられ
、流れの方向に形成された開孔６、１０の大きさは、電
極面２；３の冷却に使用するガス状媒質（Ｏ２；ＣＨ４
）の部分的流れ７、１１が、すべて、出来る限り一様な
温度となるように、設計されている。

【００４９】ほかの実施例では、分布構成要素が、電極
側３の流入端とセパレート板側４の流出端との間の傾斜
面に接合したガス透過材の２つの楔形要素１３、１４；
１６、１７より成り、電極２；３の流入端の側の楔形要
素１３；１６の多孔度が、前記板の面に垂直に見て、電
極２；３からセパレート板４に向って増加するように配
置されており、また、楔形要素１４；１７の多孔度が、
セパレート板の流出端の側で減少し、ガス状媒質（Ｏ２
；ＣＨ４）の流動抵抗が、流れの方向に見て、電極側３
；２で最初は高い値であり、次に、低い値であって、ま
た、セパレート板側４で、最初は低い値であり、次に、
高い値であり、また、電極３；２とセパレート板４との
間の中央面で中間的値であるように、配置されている。

【００５０】特殊な型では、分布構成要素５；９と、隣
接燃料電池間の電流伝送用に設定されまたパネル面に垂
直な連結した集電体１８；１９とは、酸素側と燃料側に
一体化構造を形成している。集電体１８；１９は、有利
なことに、前記分布構成要素５；９の両側に突出しまた
傾斜して位置し、かつ折り曲げられるかまたは波形に成
形され、さらに前記分布構成要素５；９の板から打抜か
れた、十分に弾性のある突起片または薄細片より成って
いる。

【００５１】そのほかの型では、分布構成要素５；９と
連結した集電体１８；１９、またセパレート板４は、単
一の一体構造を酸素側と燃料側の両側に形成しており、
分布構成要素５；９は、適切に、金及び／または白金を
ベースとした、酸化物分散硬化処理の貴金属合金より成
るか、または酸化物分散硬化処理のニッケル合金より成
る金属板から製作されている。

【００５２】明らかに、本発明の多くの修正と変更は、
上記の教示から可能である。従って、本願の特許請求の
範囲で、本発明がここに特に説明した以外に実施される
ことは、理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】セパレート板と、開孔のある板の形で両側に形
成された分布構成要素とより成る燃料電池構造の断面立
面図である。

【図２】セパレート板と、カズ透過性材の楔形要素の形
で両側に形成された分布構成要素とより成る燃料電池構
造の断面立面図。

【図３】セパレート板と、指状接触片の形でパネル形分
布構成要素に強固に接合した集電体を有して両側に形成
されたパネル形分布構成要素とより成る燃料電池構造の
断面立面図。

【図４】セパレート板と、パネル形分布構成要素と、指
状接触片の形の集電体より成る燃料電池構造の拡大断面
立面図。

【図５】セパレート板と、両側に設置された楔形分布構
成要素と、独立した波形と螺旋状の集電体とより成る燃
料電池構造の断面立面図。

【図６】セパレート板として及び集電体として形成され
たパネル形モノリシック分布構成要素より成る燃料電池
構造の断面立面図。

【図７】Ｏ２とＣＨ４　の向流に関し、セパレート板と
集電体として働く分布構成要素を製作するための金属板
の平面図。

【図８】Ｏ２とＣＨ４　の直流に関し、セパレート板と
集電体として働く分布構成要素を製作するための金属板
の平面図。

【符号の説明】

１　　セラミック固体電解質（ＺｒＯ２安定添加）２　
　多孔性（負）燃料電極（Ｎｉ／ＺｒＯ２　サーメット
）３　　多孔性（正）酸素電極（Ｌａ／Ｍｎ　ペロブス
カイト）４　　ガス気密性、導電性セパレート板５　　
酸素側に分布構成要素として傾斜して伸長してしいる板６　　酸素側の板の開孔７　　酸素側のガス状媒質（Ｏ２）部分的流れ８　　酸
素側の排出ガスの部分的流れ９　　燃料側の分布構成要素と傾斜して伸長している板
１０　　燃料側の板の開孔１１　　燃料側のガス状媒質（ＣＨ４　）の部分的流れ
１２　　燃料側の排出ガスの部分的流れ１３　　酸素側
の流入口の分布構成要素としてのガス透過性楔形要素１４　　酸素側の流出口の分布構成要素としてのガス透
過性楔形要素１５　　楔形要素内の段階的に変化する透過度の開孔１
６　　燃料側の流入口の分布構成要素としてのガス透過
性楔形要素１７　　燃料側の流出口の分布構成要素としてのガス透
過性楔形要素１８　　酸素側の指状接触片の形の集電体１９　　燃料
側の指状接触片の形の集電体２０　　酸素側の波形帯の
形の集電体２１　　集電体と板との間のスポット溶接２２　　燃料
側の傾斜した螺旋状線の形の集電体２３　　集電体上の
貴金属の塗膜（接触点）２４　　成形後のモノリシック
金属板の本体２５　　折り曲げ部２６　　折り曲げ前のモノリシック金属板の本体２７　
　酸素側の金属板の本体の打抜き加工された薄細片２８
　　燃料側の金属板の本体の打抜き加工された薄細片Ｏ
２　　ガス状酸素キャリアの記号ＣＨ４　　　ガス状燃料の記号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　燃料電池の両側において働くガス状媒
質（Ｏ２；ＣＨ４）　の流れを少なくとも一方の側で制
御することにより、パネル形セラミック高温燃料電池（
１；２；３）の表面上の温度を可能な限り一様にするデ
バイスにおいて、全電極（２；３）の表面が可能な限り
一様な温度の、流動する供給媒質（Ｏ２；ＣＨ４）　に
より働くように、分布構成要素（５、９；１３、１４、
１６、１７）が、電極（２；３）の１つと、ガス状媒質
（Ｏ２；ＣＨ４）　の室を分離するセパレート板（４）
との間の少なくとも一方の側に配置されていることを特
徴とするデバイス。
【請求項２】　　前記分布構成要素が、前記電極側（３
）の流入端と前記セパレート板側（４）の流出側との間
に傾斜して伸長して配置されまた開孔（６、１０）が設
けられている板（５、９）より成り、流れ方向に連続し
て形成された前記開孔（６、１０）の大きさが、前記電
極（２；３）の表面の冷却に使用される前記ガス状媒質
（Ｏ２；ＣＨ４）　の部分的流れ（７、１１）がすべて
可能な限り一様な温度となるように設計されていること
を特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】　　前記分布構成要素が、前記電極側（３
）の流入端と前記セパレート板側（４）の流出端と間の
傾斜面に接合したガス透過性材の２つの楔形要素（１３
、１４；１６、１７）より成り、前記電極（３；２）の
流入端側の前記楔形要素（１３；１６）の多孔度が、前
記板の面に直角に見て前記電極（３；２）から前記セパ
レート板に向って増加して配置され、また、前記楔形要
素（１４；１７）の多孔度が、前記セパレート板（４）
の流出端側で減少して配置され、さらに、前記ガス状媒
質（Ｏ２；ＣＨ４）　の流動抵抗が、流れ方向に見て、
前記電極（３、２）側において最初は値が高く、次に値
が低く、前記セパレート板側（４）において最初は値が
低く、次に値が高く、電極（３；２）とセパレート板（
４）の間の中心部の面において中間値であるように、前
記多孔度が配置されていることを特徴とする請求項１に
記載のデバイス。
【請求項４】　　前記分布構成要素（５；９）と、隣接
する燃料電池の間の電流伝送用に設定されまた前記板の
面に垂直な連結した集電体（１８；１９）が、一体構造
を酸素側と燃料側の両側に形成していることを特徴とす
る請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】　　前記集電体（１８；１９）が、前記分
布構成要素（５；９）の両側に突出しまた傾斜して位置
し、かつ折り曲げられるかまたは波形に成形され、さら
に前記分布構成要素（５；９）の板から打抜かれた、十
分に弾性のある突起片または薄細片より成っていること
を特徴とする請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】　　前記分布構成要素（５；９）と前記の
連結した集電体（１８；１９）、及び前記セパレート板
（４）が単一の一体構造を酸素側と燃料側に形成するこ
とを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】　　集電体（１８；１９）及び分布構成要
素（５；９）より成る一体構造が、酸化物分散硬化処理
された、金及び／または白金を主成分とした貴金属合金
より製作されるか、または酸化物分散硬化処理されたニ
ッケル合金より成っていることを特徴とする請求項４、
請求項５、または請求項６のいずれかに記載されている
デバイス。