JPH0652881A - 内部マニホルド型の固体電解質型燃料電池 - Google Patents
内部マニホルド型の固体電解質型燃料電池Info
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- JPH0652881A JPH0652881A JP4205568A JP20556892A JPH0652881A JP H0652881 A JPH0652881 A JP H0652881A JP 4205568 A JP4205568 A JP 4205568A JP 20556892 A JP20556892 A JP 20556892A JP H0652881 A JPH0652881 A JP H0652881A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Sustainable Energy (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 機械的強度を低下することなく、出力密度を
向上させることができ、しかも生産性および実用性が向
上する内部マニホルド型の固体電解質型燃料電池を提供
する。 【構成】 複数の平板状の単セル１をマニホルド用貫通
孔７を有するセル枠部６を用いて同一平面上に配列した
単セル集合体９を、マニホルド用貫通孔１４を有するガ
ス流路部材１１を介して多数積層した内部マニホルド型
の固体電解質型燃料電池において、前記単セル集合体９
の同一平面上の単セル１を隣接する単セルごとに極性が
異なるように配置する。 【効果】 陽極および陰極端子を同一方向から取り出す
ことができるので、生産性および実用性が著しく向上す
る。
向上させることができ、しかも生産性および実用性が向
上する内部マニホルド型の固体電解質型燃料電池を提供
する。 【構成】 複数の平板状の単セル１をマニホルド用貫通
孔７を有するセル枠部６を用いて同一平面上に配列した
単セル集合体９を、マニホルド用貫通孔１４を有するガ
ス流路部材１１を介して多数積層した内部マニホルド型
の固体電解質型燃料電池において、前記単セル集合体９
の同一平面上の単セル１を隣接する単セルごとに極性が
異なるように配置する。 【効果】 陽極および陰極端子を同一方向から取り出す
ことができるので、生産性および実用性が著しく向上す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内部マニホルド型の固
体電解質型燃料電池に係り、特に生産性が高く、種々の
出力を有する電池を容易に構成することができる内部マ
ニホルド型の固体電解質型燃料電池に関する。
体電解質型燃料電池に係り、特に生産性が高く、種々の
出力を有する電池を容易に構成することができる内部マ
ニホルド型の固体電解質型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、固体電解質膜
と、該固体電解質膜の両面にそれぞれ積層された燃料側
電極膜および酸素側電極膜とからなる単セルを、例えば
ガスセパレータを介して多数積層し、この単セルを電気
的に直列または並列に接続したものであり、電解質の漏
洩がなく、反応速度が大きい電池として注目されてい
る。
と、該固体電解質膜の両面にそれぞれ積層された燃料側
電極膜および酸素側電極膜とからなる単セルを、例えば
ガスセパレータを介して多数積層し、この単セルを電気
的に直列または並列に接続したものであり、電解質の漏
洩がなく、反応速度が大きい電池として注目されてい
る。
【０００３】このような固体電解質型燃料電池（以下、
ＳＯＦＣということがある）において、出力密度を向上
させるためには、前記単セルの面積を広くして電極反応
に寄与する有効面積を増大させるか、または単セル積層
数を増大させる必要がある。電極反応に寄与する有効面
積を増大するためには、各単セルの電極面積を大きくす
ればよいが、大面積の単セルは製作上の問題点が多く、
機械的強度が小さいので、燃料電池スタックを構成した
際の強度が低下し、実用性に乏しいという問題がある。
また、一セル内の温度分布の平準化が難しく、運転上の
困難を伴う場合が多い。
ＳＯＦＣということがある）において、出力密度を向上
させるためには、前記単セルの面積を広くして電極反応
に寄与する有効面積を増大させるか、または単セル積層
数を増大させる必要がある。電極反応に寄与する有効面
積を増大するためには、各単セルの電極面積を大きくす
ればよいが、大面積の単セルは製作上の問題点が多く、
機械的強度が小さいので、燃料電池スタックを構成した
際の強度が低下し、実用性に乏しいという問題がある。
また、一セル内の温度分布の平準化が難しく、運転上の
困難を伴う場合が多い。
【０００４】一方、最近では複数の単セルを同一平面内
にまとめて、例えば田の字型に保持し、これを積層した
燃料電池が開発されている。図１９は、従来の集合型の
セル構造を持つ溶融塩型燃料電池のセル部分を一部分解
した斜視図である。図において、電解質膜１０１とその
両面にそれぞれ積層された酸素側電極膜１０２および燃
料側電極膜１０３とからなる４枚の単セルが枠体１０５
によって田の字型に保持されている。１０４は各電極面
に当接された集電板である。
にまとめて、例えば田の字型に保持し、これを積層した
燃料電池が開発されている。図１９は、従来の集合型の
セル構造を持つ溶融塩型燃料電池のセル部分を一部分解
した斜視図である。図において、電解質膜１０１とその
両面にそれぞれ積層された酸素側電極膜１０２および燃
料側電極膜１０３とからなる４枚の単セルが枠体１０５
によって田の字型に保持されている。１０４は各電極面
に当接された集電板である。
【０００５】このような構成の単セル集合体は、例えば
セパレータまたはコネクターを介して多数積層されて燃
料電池スタックとなる。図２０は、前記単セル集合体を
積層した燃料電池スタックの構成を示す説明図である。
図において、４個の単セルを田の字型に集合させた単セ
ル集合体１０６がウインドーホイル１０７に挟持された
状態でバイオポラープレート１０８を介して多数積層さ
れており、その最上部には陰極端子を有するベースプレ
ート１０９が、また最下部には陽極端子を有するベース
プレート１１０がそれぞれ配置されている。このような
構成の燃料電池スタックに電極活物質である燃料ガスお
よび酸素含有ガスが、陰極端子を有するベースプレート
１０９の一端から導入される。これらの電極活物質は内
部マニホルドを流通して各単セルの電極面に供給され、
前記ベースプレート１０９の他端から放出される。電池
活物質が供給された燃料電池スタックの各単セルでは電
極反応が起こり、発生した電気エネルギーが陰極端子お
よび陽極端子を介して外部に取り出される。
セパレータまたはコネクターを介して多数積層されて燃
料電池スタックとなる。図２０は、前記単セル集合体を
積層した燃料電池スタックの構成を示す説明図である。
図において、４個の単セルを田の字型に集合させた単セ
ル集合体１０６がウインドーホイル１０７に挟持された
状態でバイオポラープレート１０８を介して多数積層さ
れており、その最上部には陰極端子を有するベースプレ
ート１０９が、また最下部には陽極端子を有するベース
プレート１１０がそれぞれ配置されている。このような
構成の燃料電池スタックに電極活物質である燃料ガスお
よび酸素含有ガスが、陰極端子を有するベースプレート
１０９の一端から導入される。これらの電極活物質は内
部マニホルドを流通して各単セルの電極面に供給され、
前記ベースプレート１０９の他端から放出される。電池
活物質が供給された燃料電池スタックの各単セルでは電
極反応が起こり、発生した電気エネルギーが陰極端子お
よび陽極端子を介して外部に取り出される。
【０００６】しかしながら、このような従来の内部マニ
ホルド型の固体電解質型燃料電池は、単セル集合体の同
一面が全て同一の極性になっており、出力端子が燃料電
池スタックの上下端に取り付けられるために、生産性が
悪く、また使用上の不都合も多いという問題があった。
ホルド型の固体電解質型燃料電池は、単セル集合体の同
一面が全て同一の極性になっており、出力端子が燃料電
池スタックの上下端に取り付けられるために、生産性が
悪く、また使用上の不都合も多いという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の問題点を解決し、機械的強度を低下すること
なく、出力密度を向上させることができ、しかも生産性
および実用性が向上する内部マニホルド型の固体電解質
型燃料電池を提供することにある。
従来技術の問題点を解決し、機械的強度を低下すること
なく、出力密度を向上させることができ、しかも生産性
および実用性が向上する内部マニホルド型の固体電解質
型燃料電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、複数の平板状の単セルをマニホルド用貫通孔
を有する枠体によって同一平面上に配列した単セル集合
体を、マニホルド用貫通孔を有するガス流路部材を介し
て多数積層した内部マニホルド型の固体電解質型燃料電
池において、前記単セル集合体の同一平面上の単セルを
隣接する単セルごとに極性が異なるように配置したこと
を特徴とする。
本発明は、複数の平板状の単セルをマニホルド用貫通孔
を有する枠体によって同一平面上に配列した単セル集合
体を、マニホルド用貫通孔を有するガス流路部材を介し
て多数積層した内部マニホルド型の固体電解質型燃料電
池において、前記単セル集合体の同一平面上の単セルを
隣接する単セルごとに極性が異なるように配置したこと
を特徴とする。
【０００９】
【作用】複数の単セルを枠体によって同一平面上に保持
して単セル集合体とし、これを多数積層することによ
り、機械的強度を低下させることなく、積層体１段当り
の電極反応に寄与する有効面積を広くすることができる
ので、燃料電池スタックの出力密度が増大する。また、
単セル集合体における各単セルを隣接する単セルごとに
極性が異なるように配置したことにより、上下に積層さ
れた単セル群（以下、単セル積層体部分という）の相互
間の電気的接続は、隣接する単セル積層体部分の上端お
よび下端を接続することによって行うことができ、接続
方法を変えることによって高電圧低電流型にも低電圧高
電流型にもすることができる。また陽極および陰極出力
端子を燃料電池スタックの同一方向端に設けることがで
きるようになる。
して単セル集合体とし、これを多数積層することによ
り、機械的強度を低下させることなく、積層体１段当り
の電極反応に寄与する有効面積を広くすることができる
ので、燃料電池スタックの出力密度が増大する。また、
単セル集合体における各単セルを隣接する単セルごとに
極性が異なるように配置したことにより、上下に積層さ
れた単セル群（以下、単セル積層体部分という）の相互
間の電気的接続は、隣接する単セル積層体部分の上端お
よび下端を接続することによって行うことができ、接続
方法を変えることによって高電圧低電流型にも低電圧高
電流型にもすることができる。また陽極および陰極出力
端子を燃料電池スタックの同一方向端に設けることがで
きるようになる。
【００１０】本発明において、単セルとは電池の最少単
位であり、固体電解質膜と、該固体電解質膜の両面にそ
れぞれ積層された燃料側電極膜および酸素側電極膜とで
構成されている。固体電解質膜材としては、例えばＺｒ
Ｏ2 −Ｙ2 Ｏ3 （ＹＳＺ）、ＺｒＯ2 −ＣａＯ（ＣＳ
Ｚ）、ＣｅＯ2 −ＣａＯ、ＣｅＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 系のもの
が用いられる。また、酸素側電極材としては、例えばラ
ンタン系のＬａＣｏＯ3、Ｌａ1-x Ｓｒx ＭｎＯ3 、Ｌ
ａ1-x Ｃａx ＭｎＯ3 等が、燃料側電極材としては、例
えばニッケル系のＮｉＯ−ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 等が使用
される。
位であり、固体電解質膜と、該固体電解質膜の両面にそ
れぞれ積層された燃料側電極膜および酸素側電極膜とで
構成されている。固体電解質膜材としては、例えばＺｒ
Ｏ2 −Ｙ2 Ｏ3 （ＹＳＺ）、ＺｒＯ2 −ＣａＯ（ＣＳ
Ｚ）、ＣｅＯ2 −ＣａＯ、ＣｅＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 系のもの
が用いられる。また、酸素側電極材としては、例えばラ
ンタン系のＬａＣｏＯ3、Ｌａ1-x Ｓｒx ＭｎＯ3 、Ｌ
ａ1-x Ｃａx ＭｎＯ3 等が、燃料側電極材としては、例
えばニッケル系のＮｉＯ−ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 等が使用
される。
【００１１】本発明において単セル集合体とは、平板状
の単セルを枠体を用いて同一平面上に複数枚保持したも
のであり、前記枠体は電気的に不良導体である、例えば
アルミナ等のセラミックスで構成される。枠体には電池
活物質が流通するマニホルドを形成するための貫通孔、
および電池活物質が上下の単セル集合体間を流通するた
めのガス流通用の貫通孔が設けられている。
の単セルを枠体を用いて同一平面上に複数枚保持したも
のであり、前記枠体は電気的に不良導体である、例えば
アルミナ等のセラミックスで構成される。枠体には電池
活物質が流通するマニホルドを形成するための貫通孔、
および電池活物質が上下の単セル集合体間を流通するた
めのガス流通用の貫通孔が設けられている。
【００１２】本発明においてガス流路部材は、単セル集
合体相互間に配置されて上下の単セルを電気的に接続す
るとともに、ガス流路を形成する部材であり、前記単セ
ル集合体と同様の形状、例えば矩形を呈している。ガス
流路部材は、前記単セル集合体の枠体部に接合される枠
部と、該枠部で囲まれた平板部と、該平板部を貫通して
設けられた電子流路とから主としてなり、前記枠部には
前記単セル集合体と同様にマニホルド用貫通孔が設けら
れている。また平板部を区画する内側の枠部には前記単
セル集合体の内側の枠部に設けられたガス流通用貫通孔
に対応する位置に、ガスの流通方向をガイドするガイド
スリットが設けられている。
合体相互間に配置されて上下の単セルを電気的に接続す
るとともに、ガス流路を形成する部材であり、前記単セ
ル集合体と同様の形状、例えば矩形を呈している。ガス
流路部材は、前記単セル集合体の枠体部に接合される枠
部と、該枠部で囲まれた平板部と、該平板部を貫通して
設けられた電子流路とから主としてなり、前記枠部には
前記単セル集合体と同様にマニホルド用貫通孔が設けら
れている。また平板部を区画する内側の枠部には前記単
セル集合体の内側の枠部に設けられたガス流通用貫通孔
に対応する位置に、ガスの流通方向をガイドするガイド
スリットが設けられている。
【００１３】本発明においては、単セル集合体を複数積
層してモジュール単位を形成する。単セル集合体を積層
したモジュール単位における各単セル積層体部分の電気
的接続は、その下端で隣接する各単セル積層体部分の電
極面どうしをそれぞれ接続し、かつ上端で一対の隣接す
る単セル積層体部分の電極面を接続することによって行
われ、残りの一対の電極面にはそれぞれ陽極および陰極
端子が設けられる。
層してモジュール単位を形成する。単セル集合体を積層
したモジュール単位における各単セル積層体部分の電気
的接続は、その下端で隣接する各単セル積層体部分の電
極面どうしをそれぞれ接続し、かつ上端で一対の隣接す
る単セル積層体部分の電極面を接続することによって行
われ、残りの一対の電極面にはそれぞれ陽極および陰極
端子が設けられる。
【００１４】このように構成された、単位出力を有する
モジュール単位をさらに積層したいときは、各モジュー
ル単位の上下端に導電性の平板とマニホルドのガスシー
ル性パッキンを挟持させて積層すればよい。単独のモジ
ュール単位または複数のモジュール単位の積層体（以
下、モジュールという）は、燃料電池スタックとして、
例えば還元性雰囲気に保たれた箱体に収納されて固体電
解質型燃料電池となる。
モジュール単位をさらに積層したいときは、各モジュー
ル単位の上下端に導電性の平板とマニホルドのガスシー
ル性パッキンを挟持させて積層すればよい。単独のモジ
ュール単位または複数のモジュール単位の積層体（以
下、モジュールという）は、燃料電池スタックとして、
例えば還元性雰囲気に保たれた箱体に収納されて固体電
解質型燃料電池となる。
【００１５】本発明において、燃料電池への電池活物質
の供給は、燃料電池スタック内に形成されたマニホルド
を介して行なわれる。マニホルドを経て供給される電池
活物質は、ガス流路部材の枠部に設けられたガイドスリ
ットと単セル集合体の枠部に設けられたガス流通用貫通
孔等を経て各単セルに供給される。
の供給は、燃料電池スタック内に形成されたマニホルド
を介して行なわれる。マニホルドを経て供給される電池
活物質は、ガス流路部材の枠部に設けられたガイドスリ
ットと単セル集合体の枠部に設けられたガス流通用貫通
孔等を経て各単セルに供給される。
【００１６】
【実施例】次に本発明を実施例によってさらに詳細に説
明する。図１は、本発明である内部マニホルド型ＳＯＦ
Ｃを構成する単セル集合体を示す斜視図、図２は、図１
のＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図、図３は、図１の組立分
解図である。図において、４個の単セル１がセル枠部６
によって田の字型にまとめられて単セル集合体９が形成
されている。各単セル１は、それぞれ異なる電極膜が同
一面で隣接するように、隣接する単セルごとに上下逆向
きに配置されている。セル枠部６は電気的に不良導体で
あるアルミナ等のセラミックスからなり、各単セル１の
二つの角部にはマニホルド用貫通孔７が、また中央の十
字状枠部およびこれと対向する辺にはガス流通用貫通孔
８がそれぞれ設けられている。したがって、平面図上、
略正方形を呈する各単セル１は前記セル枠部６のマニホ
ルド用貫通孔７の突出部に嵌合するために、その角部２
個所が切欠部１０となっている。
明する。図１は、本発明である内部マニホルド型ＳＯＦ
Ｃを構成する単セル集合体を示す斜視図、図２は、図１
のＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図、図３は、図１の組立分
解図である。図において、４個の単セル１がセル枠部６
によって田の字型にまとめられて単セル集合体９が形成
されている。各単セル１は、それぞれ異なる電極膜が同
一面で隣接するように、隣接する単セルごとに上下逆向
きに配置されている。セル枠部６は電気的に不良導体で
あるアルミナ等のセラミックスからなり、各単セル１の
二つの角部にはマニホルド用貫通孔７が、また中央の十
字状枠部およびこれと対向する辺にはガス流通用貫通孔
８がそれぞれ設けられている。したがって、平面図上、
略正方形を呈する各単セル１は前記セル枠部６のマニホ
ルド用貫通孔７の突出部に嵌合するために、その角部２
個所が切欠部１０となっている。
【００１７】ガス流路部材は、各単セル集合体９の相互
間に配置される中間用と、最上段および最下段にそれぞ
れ配置される上端用および下端用とがあり、それぞれ前
記単セル集合体と同様の、例えば矩形を呈している。図
４は、中間用ガス流路部材を示す斜視図、図５は、図４
のＶ−Ｖ線矢視方向断面図、図６は、図４のＶＩ−ＶＩ
線矢視方向断面図である。図において、この中間用ガス
流路部材１１は、前記単セル集合体９のセル枠部６に対
応して田の字型に形成された枠部１２と、該枠部１２で
４つに区切られた、ガスセパレータの役割をする平板部
１３と、該平板部１３を貫通する電子流路１５とから主
として構成さており、前記平板部１３の二つの角部には
前記単セル集合体９と同様、マニホルド用の貫通孔１４
が設けられている。中央の十字状枠部にはガイドスリッ
ト１６が、また周辺部の枠部にはスリット付き貫通孔１
７がそれぞれ設けられている。スリット付き貫通孔１７
は、隣接する辺部においてそれぞれ上下異なる方向にス
リットが切られている。ガイドスリット１６およびスリ
ット付き貫通孔１７のスリット形状は、ガスの流れをガ
イドするのに適した、流動抵抗の小さい形状であること
が好ましい。このような構成のガス流路部材は、前記単
セル集合体のセル枠部６と同様の、不良導体であるセラ
ミックスで構成されており、電子流路１５だけは、例え
ばＬａＣｒＯ 3 系、ＬａＭｎＯ3 系、ＬａＣｏＯ3 系の
電子伝導性のセラミックス、またはこれらと金属との混
焼体で構成されている。
間に配置される中間用と、最上段および最下段にそれぞ
れ配置される上端用および下端用とがあり、それぞれ前
記単セル集合体と同様の、例えば矩形を呈している。図
４は、中間用ガス流路部材を示す斜視図、図５は、図４
のＶ−Ｖ線矢視方向断面図、図６は、図４のＶＩ−ＶＩ
線矢視方向断面図である。図において、この中間用ガス
流路部材１１は、前記単セル集合体９のセル枠部６に対
応して田の字型に形成された枠部１２と、該枠部１２で
４つに区切られた、ガスセパレータの役割をする平板部
１３と、該平板部１３を貫通する電子流路１５とから主
として構成さており、前記平板部１３の二つの角部には
前記単セル集合体９と同様、マニホルド用の貫通孔１４
が設けられている。中央の十字状枠部にはガイドスリッ
ト１６が、また周辺部の枠部にはスリット付き貫通孔１
７がそれぞれ設けられている。スリット付き貫通孔１７
は、隣接する辺部においてそれぞれ上下異なる方向にス
リットが切られている。ガイドスリット１６およびスリ
ット付き貫通孔１７のスリット形状は、ガスの流れをガ
イドするのに適した、流動抵抗の小さい形状であること
が好ましい。このような構成のガス流路部材は、前記単
セル集合体のセル枠部６と同様の、不良導体であるセラ
ミックスで構成されており、電子流路１５だけは、例え
ばＬａＣｒＯ 3 系、ＬａＭｎＯ3 系、ＬａＣｏＯ3 系の
電子伝導性のセラミックス、またはこれらと金属との混
焼体で構成されている。
【００１８】図７は、上端用ガス流路部材の斜視図、図
８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視方向断面図、図
９は、図７のＩＸ−ＩＸ線矢視方向断面図、また図１０
は、図７の裏側面を示す斜視図である。図において、こ
の上端用ガス流路部材１８には、その周辺の枠部にはガ
ス流路用の貫通孔はないが、平板部１３の二つの角部に
マニホルド用の貫通孔１４が設けられており、その一方
はスリット付マニホルド用貫通孔１９となっている。ま
た単セル集合体に対面する下側面の中央の十字状枠部に
はガス分配作用を有するガイドスリット１６が設けられ
ている。このような構成の上端用ガス流路部材１８は、
マニホルドからのガスを燃料電池スタック内に取り込
み、また燃料電池スタックからのガスをマニホルドにガ
イドする役割を有する。
８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視方向断面図、図
９は、図７のＩＸ−ＩＸ線矢視方向断面図、また図１０
は、図７の裏側面を示す斜視図である。図において、こ
の上端用ガス流路部材１８には、その周辺の枠部にはガ
ス流路用の貫通孔はないが、平板部１３の二つの角部に
マニホルド用の貫通孔１４が設けられており、その一方
はスリット付マニホルド用貫通孔１９となっている。ま
た単セル集合体に対面する下側面の中央の十字状枠部に
はガス分配作用を有するガイドスリット１６が設けられ
ている。このような構成の上端用ガス流路部材１８は、
マニホルドからのガスを燃料電池スタック内に取り込
み、また燃料電池スタックからのガスをマニホルドにガ
イドする役割を有する。
【００１９】図１１は、下端用ガス流路部材の内側面を
示す斜視図であり、この下端用ガス流路部材２０は、前
記上端用ガス流路部材１８と同様に、燃料電池スタック
からのガスをマニホルドにガイドし、またマニホルドか
らのガスを燃料電池スタックに取り込むように構成され
ている。このような構成の単セル集合体９と、ガス流路
部材１１、１８および２０とが高温下で加圧接合されて
モジュール単位が構成される。このとき単セル集合体９
の各単セル１の電極表面には集電板５が接合され、上下
に積層された各単セル１はガス流路部材９の電子流路１
５および集電板５を介して電気的に直列に接続される。
図１２は、単セル集合体９が中間用ガス流路部材１１を
介して多数積層されたモジュール単位の斜視図である。
図において、単セル集合体９がガス流路部材１１を介し
て多数積層されており、最上段には上端用ガス流路部材
１８が、また最下段には下端用ガス流路部材２０が配置
されている。
示す斜視図であり、この下端用ガス流路部材２０は、前
記上端用ガス流路部材１８と同様に、燃料電池スタック
からのガスをマニホルドにガイドし、またマニホルドか
らのガスを燃料電池スタックに取り込むように構成され
ている。このような構成の単セル集合体９と、ガス流路
部材１１、１８および２０とが高温下で加圧接合されて
モジュール単位が構成される。このとき単セル集合体９
の各単セル１の電極表面には集電板５が接合され、上下
に積層された各単セル１はガス流路部材９の電子流路１
５および集電板５を介して電気的に直列に接続される。
図１２は、単セル集合体９が中間用ガス流路部材１１を
介して多数積層されたモジュール単位の斜視図である。
図において、単セル集合体９がガス流路部材１１を介し
て多数積層されており、最上段には上端用ガス流路部材
１８が、また最下段には下端用ガス流路部材２０が配置
されている。
【００２０】このように所定数の単セル集合体を積層し
たモジュール単位内の電気的な接続は各単セル積層体部
分の上下端にそれぞれ集電用金属フェルトを押しつけ、
出力用端子板およびスタック接続用端子板を用いて行わ
れる。図１３は、モジュール単位を単独で用いてＳＯＦ
Ｃを構成する場合の説明図である。図において、モジュ
ール単位２１の下側面で各単セル積層体部分の二対の下
側面がそれぞれ導電体で電気的に接続され、上面は、隣
接する単セル積層体部分の一対の表面を接続し、他の一
対の表面にそれぞれ陽極および陰極出力用端子板２３が
配置されている。このときガス流路部材の角にあるマニ
ホルド用貫通孔のうち使用しない方だけを蓋２４で閉塞
させておくことが好ましい。
たモジュール単位内の電気的な接続は各単セル積層体部
分の上下端にそれぞれ集電用金属フェルトを押しつけ、
出力用端子板およびスタック接続用端子板を用いて行わ
れる。図１３は、モジュール単位を単独で用いてＳＯＦ
Ｃを構成する場合の説明図である。図において、モジュ
ール単位２１の下側面で各単セル積層体部分の二対の下
側面がそれぞれ導電体で電気的に接続され、上面は、隣
接する単セル積層体部分の一対の表面を接続し、他の一
対の表面にそれぞれ陽極および陰極出力用端子板２３が
配置されている。このときガス流路部材の角にあるマニ
ホルド用貫通孔のうち使用しない方だけを蓋２４で閉塞
させておくことが好ましい。
【００２１】また、複数のモジュール単位２１を積層し
て使用する場合は、モジュール単位２１の上下端の各単
セル積層体部分に、それぞれ別々に集電用の金属フェル
トが貼り付けられて順次積層される。図１４は、モジュ
ール単位２１を複数積層する際の電気的な接続方法の一
例を示す説明図である。図において、モジュール単位２
１の各単セル積層体の上端および下端に別々の端子板２
２が接合されており、このようなモジュール単位が複数
積層されてモジュール単位の積層体（モジュール）が構
成される。このとき、各モジュール単位相互間の枠部に
高温用ガスケットを挟さみ、マニホルドをシールしなが
ら行なうことが好ましい。
て使用する場合は、モジュール単位２１の上下端の各単
セル積層体部分に、それぞれ別々に集電用の金属フェル
トが貼り付けられて順次積層される。図１４は、モジュ
ール単位２１を複数積層する際の電気的な接続方法の一
例を示す説明図である。図において、モジュール単位２
１の各単セル積層体の上端および下端に別々の端子板２
２が接合されており、このようなモジュール単位が複数
積層されてモジュール単位の積層体（モジュール）が構
成される。このとき、各モジュール単位相互間の枠部に
高温用ガスケットを挟さみ、マニホルドをシールしなが
ら行なうことが好ましい。
【００２２】図１５は、モジュール単位２１を５個積層
したモジュール２５の斜視図である。最上段および最下
段のモジュール単位２１における単セル積層体部分の接
続は、前記単独のモジュール単位を使用する場合と同様
である。この場合、最下段のモジュール単位の単セル積
層体部分の二対の二面を導電体でそれぞれ電気的に接続
しておけば、上面の接続を変更するだけで、モジュール
の出力を任意に調節することができる。なお、マニホル
ドの上端部は蓋２４で閉塞されている。
したモジュール２５の斜視図である。最上段および最下
段のモジュール単位２１における単セル積層体部分の接
続は、前記単独のモジュール単位を使用する場合と同様
である。この場合、最下段のモジュール単位の単セル積
層体部分の二対の二面を導電体でそれぞれ電気的に接続
しておけば、上面の接続を変更するだけで、モジュール
の出力を任意に調節することができる。なお、マニホル
ドの上端部は蓋２４で閉塞されている。
【００２３】このような構成のモジュール２５を、さら
に複数、例えば４個接続して燃料電池を構成することも
できる。この場合、各モジュールの電気的接続は、高電
圧低電流型、中電圧中電流型または高電流低電圧型等、
燃料電池の使用目的に応じてその接続方法を選択するこ
とができる。図１６（ａ）、（ｂ）にモジュール２５の
接続方法を示す。図１６（ａ）は二つのモジュールをモ
ジュール接続用導電体２６を用いてそれぞれ直列に接続
し、この直列接続された二組みのモジュール群をさらに
並列に接続した中電圧中電流型である。一方，図１６
（ｂ）は、全てのモジュールをモジュール接続用導電体
２６によって直列に接続した高電圧低電流型である。
に複数、例えば４個接続して燃料電池を構成することも
できる。この場合、各モジュールの電気的接続は、高電
圧低電流型、中電圧中電流型または高電流低電圧型等、
燃料電池の使用目的に応じてその接続方法を選択するこ
とができる。図１６（ａ）、（ｂ）にモジュール２５の
接続方法を示す。図１６（ａ）は二つのモジュールをモ
ジュール接続用導電体２６を用いてそれぞれ直列に接続
し、この直列接続された二組みのモジュール群をさらに
並列に接続した中電圧中電流型である。一方，図１６
（ｂ）は、全てのモジュールをモジュール接続用導電体
２６によって直列に接続した高電圧低電流型である。
【００２４】このように複数のモジュール２５を電気的
に接続して構成された燃料電池スタック２７は、例えば
還元性雰囲気に保持された、断熱材で内張りされた箱体
２８に収納されて燃料電池となる。図１７は、高電圧低
電流型燃料電池スタック２７を箱体２８に収納した状態
を示す説明図である。図において、４個のモジュール２
５を高電圧低電流型に接続した燃料電池スタック２７が
箱体２８に収納されている。箱体２８には空気を導入す
る空気配管３０、燃料ガスを導入する燃料ガス配管３
１、および内部を還元性雰囲気に維持するための還元性
ガスを導入する還元性ガス配管３２が接続されている。
また箱体２８の上部は、モジュール２５の接続部のガス
ケットに圧力をかけるため、強固な蓋３５で閉じられて
いる。
に接続して構成された燃料電池スタック２７は、例えば
還元性雰囲気に保持された、断熱材で内張りされた箱体
２８に収納されて燃料電池となる。図１７は、高電圧低
電流型燃料電池スタック２７を箱体２８に収納した状態
を示す説明図である。図において、４個のモジュール２
５を高電圧低電流型に接続した燃料電池スタック２７が
箱体２８に収納されている。箱体２８には空気を導入す
る空気配管３０、燃料ガスを導入する燃料ガス配管３
１、および内部を還元性雰囲気に維持するための還元性
ガスを導入する還元性ガス配管３２が接続されている。
また箱体２８の上部は、モジュール２５の接続部のガス
ケットに圧力をかけるため、強固な蓋３５で閉じられて
いる。
【００２５】このようにして構成された燃料電池に空気
配管３０および燃料配管３１を経て、空気および燃料ガ
スがそれぞれ供給される。図１８に高電圧低電流型燃料
電池の一のモジュール単位における空気および燃料ガス
の流通状態を示す。空気配管３０および燃料ガス配管３
１を経て燃料電池に供給された空気および燃料ガスは、
モジュール単位の角部に形成されたマニホルドを流れ、
上端または下端のガス流路部材１８、２０のスリット付
マニホルド用貫通孔１９を経て、最上段または最下段の
単セル電極上を流れ、中間用ガス流路部材１１のガイド
スリット１６またはスリット付貫通孔１７および単セル
集合体９のガス流路用貫通孔８を経て順次流れ、全ての
単セル電極面を経由して、別の角に設けられたガスマニ
ホルドから流出する。燃料ガスと酸素含有ガスはモジュ
ール単位内をそれぞれ二系統に分かれて流れ、この両ガ
スは平面図上で直交流となっている。また、空気流およ
び燃料ガス流はモジュール単位毎の並列流となる。
配管３０および燃料配管３１を経て、空気および燃料ガ
スがそれぞれ供給される。図１８に高電圧低電流型燃料
電池の一のモジュール単位における空気および燃料ガス
の流通状態を示す。空気配管３０および燃料ガス配管３
１を経て燃料電池に供給された空気および燃料ガスは、
モジュール単位の角部に形成されたマニホルドを流れ、
上端または下端のガス流路部材１８、２０のスリット付
マニホルド用貫通孔１９を経て、最上段または最下段の
単セル電極上を流れ、中間用ガス流路部材１１のガイド
スリット１６またはスリット付貫通孔１７および単セル
集合体９のガス流路用貫通孔８を経て順次流れ、全ての
単セル電極面を経由して、別の角に設けられたガスマニ
ホルドから流出する。燃料ガスと酸素含有ガスはモジュ
ール単位内をそれぞれ二系統に分かれて流れ、この両ガ
スは平面図上で直交流となっている。また、空気流およ
び燃料ガス流はモジュール単位毎の並列流となる。
【００２６】このようにして空気および燃料ガス（例え
ば水素）が供給された各単セルで電極反応が生じ、電気
エネルギーが発生する。発生した電気エネルギーは集電
されてより強力な電気ネルギーとして出力端子を経て外
部に取り出される。本実施例によれば、単セル集合体９
における単セル１の配置を隣接する単セルごとに上下逆
向きとして極性を異ならせたことにより、陽極および陰
極端子を同一方向から取り出すことができるので、モジ
ュール２５の接続が容易となり、生産性および実用性が
著しく向上する。また、所定出力を有するモジュール単
位２１またはモジュール２５を組合わせて燃料電池スタ
ック２７を構成したことにより、多様な出力ニーズに迅
速に対応することができる。
ば水素）が供給された各単セルで電極反応が生じ、電気
エネルギーが発生する。発生した電気エネルギーは集電
されてより強力な電気ネルギーとして出力端子を経て外
部に取り出される。本実施例によれば、単セル集合体９
における単セル１の配置を隣接する単セルごとに上下逆
向きとして極性を異ならせたことにより、陽極および陰
極端子を同一方向から取り出すことができるので、モジ
ュール２５の接続が容易となり、生産性および実用性が
著しく向上する。また、所定出力を有するモジュール単
位２１またはモジュール２５を組合わせて燃料電池スタ
ック２７を構成したことにより、多様な出力ニーズに迅
速に対応することができる。
【００２７】本実施例によれば、単セル集合体９および
ガス流路部材１１の一部を切り欠いてマニホルド用貫通
孔１４を設けたことにより、モジュールの外面がフラッ
トになるので、モジュールを高密度で配置することがで
きる。また、小型のモジュール単位どうしをガスシール
用パッキンと電気接続用金属を挟みながら積層したこと
により、モジュール交換単位が小型化されるとともに、
メンテナンスコストが低減する。
ガス流路部材１１の一部を切り欠いてマニホルド用貫通
孔１４を設けたことにより、モジュールの外面がフラッ
トになるので、モジュールを高密度で配置することがで
きる。また、小型のモジュール単位どうしをガスシール
用パッキンと電気接続用金属を挟みながら積層したこと
により、モジュール交換単位が小型化されるとともに、
メンテナンスコストが低減する。
【００２８】本実施例によれば、モジュール２５ごとに
電極活物質が並列に流れるので、各モジュール単独のガ
ス停止を行うこともでき、故障時にも迅速に対応するこ
とができる。さらに、燃料電池スタック２７を収納する
箱体２８内を還元性雰囲気としたことにより、モジュー
ル接続用導電体２６として電気伝導性に優れた金属を使
用することができる。
電極活物質が並列に流れるので、各モジュール単独のガ
ス停止を行うこともでき、故障時にも迅速に対応するこ
とができる。さらに、燃料電池スタック２７を収納する
箱体２８内を還元性雰囲気としたことにより、モジュー
ル接続用導電体２６として電気伝導性に優れた金属を使
用することができる。
【００２９】本実施例において、ガス流路部材の電子流
路１５の数および断面積は、出力仕様等を考慮して変化
させ、最適化することが好ましい。また、単セル集合体
を積層する際に用いられる集電体は燃料改質触媒作用を
有するものであることが好ましい。さらに箱体２８を内
張りした断熱材の内部に加熱用の発熱体を配置すること
が好ましい。これによって燃料電池を最適作動温度に維
持することが容易となる。
路１５の数および断面積は、出力仕様等を考慮して変化
させ、最適化することが好ましい。また、単セル集合体
を積層する際に用いられる集電体は燃料改質触媒作用を
有するものであることが好ましい。さらに箱体２８を内
張りした断熱材の内部に加熱用の発熱体を配置すること
が好ましい。これによって燃料電池を最適作動温度に維
持することが容易となる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、単セル集合体における
単セルの配置を隣接する単セルごとに上下逆向きとして
極性を異ならせたことにより、陽極および陰極端子を同
一方向から取り出すことができるので、生産性および実
用性が著しく向上する。また、所定出力を有するモジュ
ール単位またはモジュールを組合わせて燃料電池を構成
したことにより、多様な出力ニーズに迅速にも対応する
ことができる。
単セルの配置を隣接する単セルごとに上下逆向きとして
極性を異ならせたことにより、陽極および陰極端子を同
一方向から取り出すことができるので、生産性および実
用性が著しく向上する。また、所定出力を有するモジュ
ール単位またはモジュールを組合わせて燃料電池を構成
したことにより、多様な出力ニーズに迅速にも対応する
ことができる。
【図１】本発明であるＳＯＦＣを構成するための単セル
集合体を示す斜視図。
集合体を示す斜視図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図。
【図３】図１の組立分解図。
【図４】中間用ガス流路部材を示す斜視図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線矢視方向断面図。
【図６】図４のＶＩ−ＶＩ線矢視方向断面図。
【図７】上端用ガス流路部材の斜視図。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視方向断面図。
【図９】図７のＩＸ−ＩＸ線矢視方向断面図。
【図１０】上端用ガス流路部材の内側面を示す斜視図。
【図１１】下端用ガス流路部材の内側面を示す斜視図。
【図１２】モジュール単位を示す斜視図。
【図１３】モジュール単位内の電気的接続方法を示す説
明図。
明図。
【図１４】モジュール単位を多数積層する場合の接続方
法を示す説明図。
法を示す説明図。
【図１５】モジュール内の接続方法を示す説明図。
【図１６】中電圧中電流型燃料電池スタックおよび高電
圧低電流型燃料電池スタックを示す斜視図。
圧低電流型燃料電池スタックを示す斜視図。
【図１７】発電モジュールの構成を示す説明図。
【図１８】モジュール内のガスの流れを示す説明図。
【図１９】、
【図２０】それぞれ従来技術を示す説明図。
１…単セル、２…酸素極膜、３…燃料極膜、４…固体電
解質膜、５…集電板、６…セル枠部、７…マニホルド用
貫通孔、８…ガス流通用貫通孔、９…単セル集合体、１
０…切欠部、１１…中間用ガス流路部材、１２…枠部、
１３…平板部、１４…マニホルド用貫通孔、１５…電子
流路、１６…ガイドスリット、１７…スリット付貫通
孔、１８…上端用ガス流路部材、１９…スリットを有す
るマニホルド用貫通孔、２０…下端用ガス流路部材、２
１…モジュール単位、２２…スタック接続用端子板、２
３…出力用端子板、２４…マニホルド用貫通孔の蓋、２
５…モジュール、２６…モジュール接続用導電体、２７
…燃料電池スタック、２８…箱体、３０…空気配管、３
１…燃料ガス配管、３２…還元性ガス配管、３５…蓋。
解質膜、５…集電板、６…セル枠部、７…マニホルド用
貫通孔、８…ガス流通用貫通孔、９…単セル集合体、１
０…切欠部、１１…中間用ガス流路部材、１２…枠部、
１３…平板部、１４…マニホルド用貫通孔、１５…電子
流路、１６…ガイドスリット、１７…スリット付貫通
孔、１８…上端用ガス流路部材、１９…スリットを有す
るマニホルド用貫通孔、２０…下端用ガス流路部材、２
１…モジュール単位、２２…スタック接続用端子板、２
３…出力用端子板、２４…マニホルド用貫通孔の蓋、２
５…モジュール、２６…モジュール接続用導電体、２７
…燃料電池スタック、２８…箱体、３０…空気配管、３
１…燃料ガス配管、３２…還元性ガス配管、３５…蓋。
フロントページの続き (72)発明者 織田 輝雄 岡山県玉野市玉３丁目１番１号 三井造船 株式会社玉野事業所内
Claims (1)
- 【請求項１】 複数の平板状の単セルをマニホルド用貫
通孔を有する枠体を用いて同一平面上に配列した単セル
集合体をマニホルド用貫通孔を有するガス流路部材を介
して多数積層した内部マニホルド型の固体電解質型燃料
電池において、前記単セル集合体の同一平面上の単セル
を、隣接する単セルごとに極性が異なるように配置した
ことを特徴とする内部マニホルド型の固体電解質型燃料
電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4205568A JPH0652881A (ja) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | 内部マニホルド型の固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4205568A JPH0652881A (ja) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | 内部マニホルド型の固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0652881A true JPH0652881A (ja) | 1994-02-25 |
Family
ID=16509051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4205568A Pending JPH0652881A (ja) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | 内部マニホルド型の固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0652881A (ja) |
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