JPH063739B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネル
ギーに変換させるエネルギー部門で用いる燃料電池に関
するものである。

［従来の技術］ 現在までに提案されている溶融炭酸塩型の燃料電池とし
ては、たとえば、第５図に示す如く、電解質板ａを酸素
極ｂと燃料極ｃの両電極で両面から挟み、酸素極ｂ側に
作動流体としてＣＯを含んだ空気ｄを供給すると共に、
燃料極ｃ側に作動流体としてＨ_２等の燃料ｅを供給する
ことにより酸素極ｂと燃料極ｃとの間で発生する電位差
により発電が行われるようにユニットを、セパレータｆ
を介して多層に積層させ、適当な締付力で固定させるよ
うにした構成のものがある。

上記燃料電池に用いられるセパレータｆとしては、第６
図に示す如く、周辺部の一側に空気ｄの供給流路孔ｈ、
燃料の供給流路孔ｉを設けると共に、周辺部の他側に空
気排出流路孔ｊ、燃料の排出流路孔ｋを設け、且つ上記
周辺部を除く内部に凹凸ｇを形成させて表裏両面に各々
ガスの通路を一体に形成させたものが通常である。又、
上記セパレータｆの両面に沿い空気ｄ及び燃料ｅを流す
ようにするため、第６図に示す如く、周辺部の一側およ
び他側に上記セパレータｆに設けた各供給流路孔h,iお
よび排出流路孔j,kに合致するように設けると共に内部
をくり抜いてなるディスタンスピートｌとｍを用い、酸
素極側のディスタンスピースｌは、空気の供給流路孔ｈ
と排出流路孔ｊを内部をくり抜き部に開口させる扇状の
切欠部ｎをそれぞれ形成し、又、燃料極側のディスタン
スピースｍは、燃料の供給流路孔ｉと排出流路孔ｋを内
部くり抜き部に開口させる扇状の切欠部ｏをそれぞれ形
成し、これら各ディスタンスピースl,mをセパレータｆ
の周辺部両面に重ね合わせて使用し、セパレータｆの表
裏両面の凸部を電極に当接させるようにしている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、従来の燃料電池に用いられるセパレータｆ
は、所要の厚さを有するプレートの周辺部を除く部分に
プレス等で凹凸ｇを形成したものであるため、凹凸ｇ部
は単にガス通路を形成するだけのものであると共に周辺
部と一体である構造上、凹凸ｇ部は弾力性に欠けてい
る。そのため、酸素極ｂ又は燃料極ｃの厚いものを使用
すると、セパレータｆの周辺部と電解質板ａとの間が開
いてガス漏れが生じ、シール不良となるおそれがある。
又、凹凸ｇ形成部は上述のように周辺部と一体であるた
め、互換性がなく、ガス通路のデザインを変更する場合
でもセパレータ全体を変更しなければならない。

そこで、本発明は、電極と接し且つガス通路を形成する
凹凸部をセパレータ本体とは別体とすることによって弾
力性をもたせると共に、量産、コスト低減、互換性を可
能にしたセパレータを有する燃料電を提供しようとする
ものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、一側に空気の供給流路孔9と燃料の供給流路
孔10とを交互に穿設し他側に燃料の排出流路孔12と空気
の排出流路孔11とを前記の供給流路孔９に排出流路孔12
が対峙し且つ供給流路孔10に排出流路孔11が対峙するよ
うに交互に穿設したセパレータ本体５と、周縁部の内方
に内部くり抜き部13を有し且つ一側及び他側に前記のセ
パレータ本体５に穿設された各供給流路孔9,10と各排出
流路孔11,12とに対応するように供給流路孔9,10と排出
流路孔11,12とを穿設したうえ各供給流路孔10並びに各
排出流路孔12から前記のくり抜き部13に連通する切欠部
14をそれぞれ設けた燃料極側ディスタンスピース6aと、
該燃料極側ディスタンスピース6aと同位置に内部くり抜
き部13と供給流路孔9,10と排出流路孔11,12とを有し各
供給流路孔９並びに各排出流路孔11から前記のくり抜き
部13に連通する切欠部15をそれぞれ設けた酸素極側ディ
スタンスピース6bと、凸部表面を平らな面として波形を
形成し且つ前記の内部くり抜き部13に嵌合可能な一対の
コルゲート板7a,7bと、周縁部の内方に前記の内部くり
抜き部13より開口寸法の小さい内部くり抜き部17を有し
且つ一側及び他側に前記のセパレータ本体５に穿設され
た各供給流路孔9,10と各排出流路孔11,12とに対応する
ように供給流路孔9,10と排出流路孔11,12とを穿設した
一対のマスク8a,8bとからなり、内部くり抜き部13に一
方のコルゲート板7aを嵌合した燃料極側ディスタンスピ
ース6aと一方のマスク8aとを前記のセパレータ本体５の
一面に順に積層するとともに内部くり抜き部13に他方の
コルゲート板7bを嵌合した酸素極側ディスタンスピース
6bと他方のマスク8bとを前記のセパレータ本体５の他面
に順に積層して、隣接するセパレータ本体５と両ディス
タンスピース6a,6bの重合部並びに両ディスタンスピー
ス6a,6bとマスク8a,8bの重合部をそれぞれ相互に固着し
た構成を有し、一方のマスク8aの内部くり抜き部17に燃
料極３を嵌合して電解質板１をマスク8aに積層し且つ他
方のマスク8bの内部くり抜き部17に酸素極２を嵌合して
電解質板１をマスク8bに積層している。

［作用］ 各コルゲート板7a,7bは、それぞれセパレータ本体５と
は別体であって弾性力を有し、ディスタンスピース6a,6
b周縁部の内方に内部くり抜き部13に対し遊びがある状
態で位置しており、且つ燃料極3あるいは酸素極2に接す
る面がフラットにしてあるため、燃料極3、酸素極2の厚
さが大きい場合には、コルゲート板7a,7bはそれ自体の
弾力性とディスタンスピース6a,6bに対する遊びにより
容易に撓むことができ、燃料極3並びに酸素極2を電解質
板１に均一に密着させることができ、シール不良が生じ
ない。

また、セパレータ本体５、ディスタンスピース6a,6bは
そのままにして、コルゲート板7a,7bのみを変換するこ
ともできる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図乃至第４図は本発明の一実施例を示すもので、電
解質板１の両面を酸素極２と燃料極３とで挾んでなる燃
料電池ユニットをセパレータ４を介して各層に積層させ
る積層燃料電池において、上記セパレータ４を、セパレ
ータ本体５と、該セパレータ本体５の両面側に重ねるデ
ィスタンスペース6a,6b、コルゲート板7a,7b、マスク8
a,8bとを一体的に組み付けた構成とする。すなわち、セ
パレータ本体５は電解質板１と同じ大きさとしたプレー
トの周辺部一側に空気の供給流路孔９と燃料の供給流路
孔10を交互に複数個設けると共に、周辺部他側に空気の
排出流路孔11と燃料の排出流路孔12を交互に複数個設け
た構成とする。デイスタンスピース6a,6bは、周辺部の
一側及び他側に上記と同様に各流路孔9,10,11,12を有し
且つ内部をくり抜いた構成としてあり、燃料極３側のデ
イスタンスピース6aには、第２図及び第４図の如く内部
くり抜き部13に燃料供給流路孔10及び排出流路孔12を開
口させるための扇状の切欠部14を設け、酸素極２側のデ
ィスタンスピース6bには第３図に示す如く内部くり抜き
部13に空気供給流路孔9及び排出流路孔11を開口させる
ための扇状の切欠部15を設ける。

上記コルゲート板7a,7bは、断面台形が凹凸の帯板を多
数設けると共にガスの流れ方向に対して凹凸16が不連続
となり、且つ各凸部の表面がフラットな面となるように
し、全体を、前記デイスタンスピース6a,6bの内部くり
抜き部13及び切欠部14,15内に余裕をもって嵌合できる
大きさにしてある。

マスク8a,8bは、デイスタンスピース6a及び6bの内部く
り抜き部13に嵌めたコルゲート板7a及び7bをセパレータ
本体4に保持させるためのもので、コルゲート板7a,7bの
大きさよりもやや小さい寸法の内部くり抜き部17を有
し、且つ周辺部には前期空気及び燃料の各供給流路孔9,
10ならびに排出流路孔11,12を設けた構成としてある。

本実施例におけるセパレータ４は、セパレータ本体5の
両側の周辺部にディスタンスピース6aと6bを重ね、内部
くり抜き部13に各々コルゲート板7aと7bを入れてその外
側にマスク8aと8bを重ね、セパレータ本体5とデイスタ
ンスピース6a,6bの重合部、ディスタンスピース6a及び6
bとマスク8a及び8bの各重合部をそれぞれロウ付けして
第１図の如く一体構造とし、空気は供給流路孔9からデ
イスタンスピース6bの切欠部15を通ってコルゲート板7b
の表面を不規則に流され、一方、燃料は供給流路孔11か
ら燃料極側ディスタンスピース6aの切欠部14を経てコル
ゲート板7aの表面を不規則に流されるようにする。

上述した構成を有するセパレータ４を用いて積層燃料電
池を組み立てるときは、第１図に示す如く、電解質1を
酸素極2と燃料極3とで挾んでなる燃料電池ユニットを、
セパレータ４を介して多層に積み重ね、外周部を所定の
締付力で締め付けることによって一体化された燃料電池
を組み立てる。この場合、酸素極２及び燃料極３の各電
極は、マスク8a,8bの内部くり抜き部17内に入り得る大
きさとして、燃料電池として組み立てたとき、第１図に
示すように上記各電極2,3がマスク8a,8bの各内部くり抜
き部17に位置してコルゲート板7bが酸素極2を電解質板1
に、又、コルゲート板7aが燃料極3を電解質板１にそれ
ぞれ押し付けているようにしてある。

この状態で空気及び燃料を供給すると、空気は、各段の
セパータ4における酸素極側ディスタンスピース6bによ
り酸素極2側のコルゲート板7bに沿って流され、反対側
に開口する排出流路孔11より排出される。一方、燃料
は、各段のセパレータ4における燃料極側ディスタンス
ピース6aにより燃料極3側のコルゲート板7aに沿って流
され、反対側に開口する排出流路孔12より排出される。
この際、コルゲート板7a,7bは、凹凸16が不連続に且つ
不規則に設けてあるため、各供給流路孔9,10から流出し
たガスは拡散されながら流れて流配の均一化を効果的に
行うことができる。

酸素極2及び燃料極3として厚さの厚いものを用いた場
合、当該酸素極2及び燃料極3の厚さ増大分がセパレータ
4側にはみ出すことになる。従来の燃料電池では、セパ
レータ自体の剛性のため電極の厚み増大分だけセパレー
タと電解質板との間が開いていたが、本実施例のセパレ
ータ４では、コルゲート板7a,7bは薄板製であると共に
凹凸16のの断面形状が台形であり且つ周辺がディスタン
スピース6a,6bの内部くり抜き部13内に遊びをもたせて
嵌めてあるため、弾力性があると共にガスの流れ方向に
直交する方向へ逃げることができ、これにより電極の厚
さ増大分をコルゲート板7a,7bの撓みにより吸収するこ
とができて電極を電解質板1に密着できると同時に、電
解質板1とをパレータ4との間に隙間を生じさせることも
なくなる。

なお、本発明の燃料電池は、上記した実施例のみに限定
されるものではなく、たとえば、コルゲート板7a,7bの
端縁部をディスタンスピース6a,6bの各切欠部14,15内に
入り得るよう突出させているが、これはディスタンスピ
ース6a,6bの各切欠部14,15にてその外側のマスク8a,8b
が部分的に変形して該各切欠部14,15内に入り込むのを
防止するためのものであるが、マスク8a,8bが上記のよ
うに切欠部14,15に垂れなければ、コルゲート板7a,7bは
ディスタンスピース6a,6bの内部くり抜き部13内に入り
得る大きさでよいこと、各コルゲート板7a,7bに設ける
凹凸16の配列は図示以外でもよいこと、空気と燃料の各
供給流路孔9,10をセパレータ本体5、ディスタンスピー
ス6a,6b、マスク8a,8bの各周辺部一側に交互に設けた場
合を示したが、周辺部一側に空気の供給流路孔9と燃料
の排出流路孔12を、又、周辺部他側に空気の排出流路孔
11と燃料の供給流路孔10を設けて空気と燃料とが対向流
となるようにしてもよいこと、その他本発明の要旨を逸
脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論であ
る。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明の燃料電池によれば、断面が台形
の凹凸を不規則に形成して弾力性をもたせたコルゲート
板7a,7bをセパレータ本体５の両面に別体として配し、
コルゲート板7a,7bの周辺をディスタンスピース6a,6bで
囲み、且つディスタンスピース6a,6bの外側に、前記の
コルゲート板7a,7bを押えるマスク8a,8bを重ね、セパレ
ータ本体５、ディスタンスピース6a,6b、マスク8a,8bの
各周縁部に設けた空気の供給流路孔9、燃料の供給流路
孔10、空気の排出流路孔11、燃料の排出流路孔12のう
ち、燃料極側ディスタンスピース6aでは、供給流路孔10
並びに排出流路孔12は切欠部14によりくり抜き部13に連
通させ、酸素極側ディスタンスピース6bでは、供給流路
孔9並びに排出流路孔11を切欠部15により内部くり抜き
部13に連通させているので、下記のような種々の優れた
効果を奏し得る。

(1) 燃料極３あるいは酸素極２と接するコルゲート板7
a,7bをセパレータ本体5をなす部材とは別部材で製作す
ることにより、コルゲート板7a,7bに容易に弾性を具備
させているので、燃料極3、酸素極2の厚さが大きい場合
には、コルゲート板7a,7bがそれ自体の弾力性によって
容易に撓んで燃料極３並びに酸素極2を電解質板１に均
一に密着させることができ、シール不良が生じない。

(2) コルゲート板7a,7bの凸部表面が平らな面であるた
め燃料極3並びに酸素極２を損傷させることがない。

(3) コルゲート板7a,7bを別途製作するので、従来のプ
レートの内部に凹凸を加工するものに比べて量産が可能
でコストダウンを図ることができ、且つガス流路のデザ
イン変更もコルゲート板7a,7bの交換により容易に対応
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料電池の一実施例の断面図、第２図
は第１図に示すセパレータの表面の一部を切除した状態
を示す平面図、第３図は第１図に示すセパレータの裏面
の一部を切除した状態を示す底面図、第４図は第１図に
示すセパレータの表面側を分離した状態を示す斜視図、
第５図は従来の燃料電池の断面図、第６図は最近考えら
れているセパレータの両面にディスタンスピースを重ね
合わせてなる内部マニホールド型セパレータを分離した
状態を示す斜視図である。 １は電解質板、２は酸素極、３は燃料極、４はセパレー
タ、５はセパレータ本体、6a,6bはディスタンスピー
ス、7a,7bはコルゲート板、8a,8bはマスク、９は空気供
給流路孔、10は燃料供給流路孔、11は空気排出流路孔、
12は燃料排出流路孔、13は内部くり抜き部、14,15は切
欠部、16は凹凸、17は内部くり抜き部を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一側に空気の供給流路(9)と燃料の供給流
   路孔(10)とを交互に穿設し他側に燃料の排出流路孔(12)
   と空気の排出流路孔(11)とを前記の供給流路孔(9)に排
   出流路孔(12)が対峙し且つ供給流路孔(10)に排出流路孔
   (11)が対峙するように交互に穿設したセパレータ本体
   (5)と、周縁部の内方に内部くり抜き部(13)を有し且つ
   一側及び他側に前記のセパレータ本体(5)に穿設された
   各供給流路孔(9)，(10)と各排出流路孔(11)，(12)とに
   対応するように供給流路孔(9)，(10)と排出流路孔(1
   1)，(12)とを穿設したうえ各供給流路孔(10)並びに各排
   出流路孔(12)から前記のくり抜き部(13)に連通する切欠
   部(14)をそれぞれ設けた燃料極側ディスタンスピース(6
   a)と、該燃料極側ディスタンスピース(6a)と同位置に内
   部くり抜き部(13)と供給流路孔(9)，(10)と排出流路孔
   (11)，(12)とを有し各供給流路孔(9)並びに各排出流路
   孔(11)から前記のくり抜き部(13)に連通する切欠部(15)
   をそれぞれ設けた酸素極側ディスタンスピース(6b)と、
   凸部表面を平らな面として波形を形成し且つ前記の内部
   くり抜き部(13)に嵌合可能な一対のコルゲート板(7a)，
   (7b)と、周縁部の内方に前記の内部くり抜き部(13)より
   開口寸法の小さい内部くり抜き部(17)を有し且つ一側及
   び他側に前記のセパレータ本体(5)に穿設された各供給
   流路孔(9)，(10)と各排出流路孔(11)，(12)とに対応す
   るように供給流路孔(9)，(10)と排出流路孔(11)，(12)
   とを穿設した一対のマスク(8a)，(8b)とからなり、内部
   くり抜き部(13)に一方のコルゲート板(7a)を嵌合した燃
   料極側ディスタンスピース(6a)と一方のマスク(8a)とを
   前記のセパレータ本体(5)の一面に順に積層するととも
   に内部くり抜き部(13)に他方のコルゲート板(7b)を嵌合
   した酸素極側ディスタンスピース(6b)と他方のマスク(8
   b)とを前記のセパレータ本体(5)の他面に順に積層し
   て、隣接するセパレータ本体(5)と両ディスタンスピー
   ス(6a)，(6b)の重合部並びに両ディスタンスピース(6
   a)，(6b)とマスク(8a)，(8b)の重合部をそれぞれ相互に
   固着した構成を有し、一方のマスク(8a)の内部くり抜き
   部(17)に燃料極(3)を嵌合して電解質板(1)をマスク(8a)
   に積層し且つ他方のマスク(8b)の内部くり抜き部(17)に
   酸素極(2)を嵌合したうえ他方のマスク(8b)を電解質板
   (1)に積層したことを特徴とする燃料電池。