JPH0722059A - 平板型固体電解質燃料電池 - Google Patents
平板型固体電解質燃料電池Info
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- JPH0722059A JPH0722059A JP5159401A JP15940193A JPH0722059A JP H0722059 A JPH0722059 A JP H0722059A JP 5159401 A JP5159401 A JP 5159401A JP 15940193 A JP15940193 A JP 15940193A JP H0722059 A JPH0722059 A JP H0722059A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 コストの増大を抑制すると共に、セル平面の
温度差を抑制し、電池寿命が向上した非常に優れた平板
型固体電解質燃料電池を提供することを目的とする。 【構成】 電解質板１２ａ〜１２ｄの両面に燃料極１３
ａ〜１３ｄと酸化剤極とを配して成るセル３ａ〜３ｄ
と，セパレータ２とを積層させて電池スタック１を構成
する平板型固体電解質燃料電池において、前記電池スタ
ック１の中心部近傍にスタック１内を積層方向に貫通す
る燃料ガス供給通路６を形成し、該燃料ガス供給通路６
内を流通する間に燃料ガスが電池スタック１と熱交換す
る構成であることを特徴とする。
温度差を抑制し、電池寿命が向上した非常に優れた平板
型固体電解質燃料電池を提供することを目的とする。 【構成】 電解質板１２ａ〜１２ｄの両面に燃料極１３
ａ〜１３ｄと酸化剤極とを配して成るセル３ａ〜３ｄ
と，セパレータ２とを積層させて電池スタック１を構成
する平板型固体電解質燃料電池において、前記電池スタ
ック１の中心部近傍にスタック１内を積層方向に貫通す
る燃料ガス供給通路６を形成し、該燃料ガス供給通路６
内を流通する間に燃料ガスが電池スタック１と熱交換す
る構成であることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は平板型固体電解質燃料電
池に関し、詳しくは燃料ガス供給構造の改良に関する。
池に関し、詳しくは燃料ガス供給構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は供給されるガスの化学エネル
ギーを直接電気エネルギーに変換するので、高い発電効
率が期待できる。特に固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ）
は、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ），溶融炭酸塩型燃料
電池（ＭＣＦＣ）に次ぐ第三世代の燃料電池として注目
されている。
ギーを直接電気エネルギーに変換するので、高い発電効
率が期待できる。特に固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ）
は、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ），溶融炭酸塩型燃料
電池（ＭＣＦＣ）に次ぐ第三世代の燃料電池として注目
されている。
【０００３】一般に、ＳＯＦＣは完全固体化した燃料電
池といわれるように、電解質として主に（ＺｒＯ2 ）
0.9 （Ｙ2 Ｏ3 ）0.1 等の２価又は３価の金属酸化物を
固溶した酸化ジルコニウム（安定化ジルコニア）を使用
するため、電解質（液）損失の問題がないという利点が
ある。また、これら電解質の電荷担体は酸素イオンであ
るが、この酸素イオンの導電率は常温では極めて低く、
通常約１０００℃という高温でＳＯＦＣを作動させてい
るので、高品質な排熱が得られる，廃熱の利用を含める
と前記ＰＡＦＣやＭＣＦＣに比べてエネルギー効率を向
上させることができる，燃料ガスの選択の巾が増える，
高電流密度で作動させることができる等の利点もある。
池といわれるように、電解質として主に（ＺｒＯ2 ）
0.9 （Ｙ2 Ｏ3 ）0.1 等の２価又は３価の金属酸化物を
固溶した酸化ジルコニウム（安定化ジルコニア）を使用
するため、電解質（液）損失の問題がないという利点が
ある。また、これら電解質の電荷担体は酸素イオンであ
るが、この酸素イオンの導電率は常温では極めて低く、
通常約１０００℃という高温でＳＯＦＣを作動させてい
るので、高品質な排熱が得られる，廃熱の利用を含める
と前記ＰＡＦＣやＭＣＦＣに比べてエネルギー効率を向
上させることができる，燃料ガスの選択の巾が増える，
高電流密度で作動させることができる等の利点もある。
【０００４】従来、ＳＯＦＣの開発は円筒型が先行して
いたが、現在では体積当りの発電効率の増加が見込まれ
る平板型ＳＯＦＣの開発が脚光を浴びている。また、近
年では平板型ＳＯＦＣの高容量化の要請が高まり、その
ためセルの大型化（大面積化）が図られている。
いたが、現在では体積当りの発電効率の増加が見込まれ
る平板型ＳＯＦＣの開発が脚光を浴びている。また、近
年では平板型ＳＯＦＣの高容量化の要請が高まり、その
ためセルの大型化（大面積化）が図られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来は燃料
ガスを外部予熱器等で所定温度まで昇温した後、電池内
に供給して発電を行っていたが、セルの大型化に伴い多
量の燃料ガスを供給する必要が生じた。したがって、外
部予熱器等の能力増大や大型化を図る必要があり、その
ためコストの増大を招くという課題があった。
ガスを外部予熱器等で所定温度まで昇温した後、電池内
に供給して発電を行っていたが、セルの大型化に伴い多
量の燃料ガスを供給する必要が生じた。したがって、外
部予熱器等の能力増大や大型化を図る必要があり、その
ためコストの増大を招くという課題があった。
【０００６】また、セルの大面積化に伴って発電時の発
熱量が増大し、そのためセル平面での温度差が増大し、
セル劣化が早まるという課題もあった。本発明は上記課
題に鑑み、コストの増大を抑制すると共に、セル平面の
温度差を抑制し、電池寿命が向上した非常に優れた平板
型固体電解質燃料電池を提供することを目的とする。
熱量が増大し、そのためセル平面での温度差が増大し、
セル劣化が早まるという課題もあった。本発明は上記課
題に鑑み、コストの増大を抑制すると共に、セル平面の
温度差を抑制し、電池寿命が向上した非常に優れた平板
型固体電解質燃料電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、以下のことを特徴とする。 電解質板の両面に燃料極と酸化剤極とを配して成る
セルと，セパレータとを積層させて電池スタックを構成
する平板型固体電解質燃料電池において、前記電池スタ
ックの中心部近傍にスタック内を積層方向に貫通する燃
料ガス供給通路を形成し、該燃料ガス供給通路内を流通
する間に燃料ガスが電池スタックと熱交換する構成であ
ることを特徴とする。 前記燃料ガス供給通路を内外二重構造にすると共
に、燃料ガスが内側供給通路と外側供給通路の一方から
他方に折り返す状態で流れる構成としたことを特徴とす
る。
するため、以下のことを特徴とする。 電解質板の両面に燃料極と酸化剤極とを配して成る
セルと，セパレータとを積層させて電池スタックを構成
する平板型固体電解質燃料電池において、前記電池スタ
ックの中心部近傍にスタック内を積層方向に貫通する燃
料ガス供給通路を形成し、該燃料ガス供給通路内を流通
する間に燃料ガスが電池スタックと熱交換する構成であ
ることを特徴とする。 前記燃料ガス供給通路を内外二重構造にすると共
に、燃料ガスが内側供給通路と外側供給通路の一方から
他方に折り返す状態で流れる構成としたことを特徴とす
る。
【０００８】
【作用】上記の構成によれば、セルの発熱が奪われに
くく周辺部に比べて温度が高い電池スタックの中心部近
傍に燃料ガス供給通路を形成したので、燃料ガスは前記
燃料ガス供給通路内を流れる間にセルの発熱を奪って高
温になる。したがって、高温の燃料ガスを各セルに十分
に供給することができるので、セルの大型化に伴って燃
料ガスの供給量が増加した場合でも、その増加分を従来
のように外部予熱器等に依存する必要がない。その結
果、外部予熱器等の能力増大や大型化を図る必要がない
ので、コストの増大を抑制することができる。
くく周辺部に比べて温度が高い電池スタックの中心部近
傍に燃料ガス供給通路を形成したので、燃料ガスは前記
燃料ガス供給通路内を流れる間にセルの発熱を奪って高
温になる。したがって、高温の燃料ガスを各セルに十分
に供給することができるので、セルの大型化に伴って燃
料ガスの供給量が増加した場合でも、その増加分を従来
のように外部予熱器等に依存する必要がない。その結
果、外部予熱器等の能力増大や大型化を図る必要がない
ので、コストの増大を抑制することができる。
【０００９】また、セル平面の中心部の熱は前記燃料ガ
ス通路内を流れる燃料ガスによって奪われるため、セル
平面の中心部と周辺部との温度差が抑制され、その結果
セル劣化を抑制することができる。更に、上記の構成
によれば、燃料ガスは電池スタック内を積層方向に対向
して流れるため、電池スタック内の積層方向での温度差
が互いに打ち消され、電池スタックの中央部側セルと端
部側セルとの温度差が緩和され、電池寿命も向上する。
ス通路内を流れる燃料ガスによって奪われるため、セル
平面の中心部と周辺部との温度差が抑制され、その結果
セル劣化を抑制することができる。更に、上記の構成
によれば、燃料ガスは電池スタック内を積層方向に対向
して流れるため、電池スタック内の積層方向での温度差
が互いに打ち消され、電池スタックの中央部側セルと端
部側セルとの温度差が緩和され、電池寿命も向上する。
【００１０】
〔実施例〕図１は本発明の一実施例に係る平板型固体電
解質燃料電池（１０セルスタック）の概略構成を示す模
式図であり、この電池スタック１は後述するバイポーラ
プレート２とセル３とを交互に積層させ、燃料ガスバッ
ファプレート４及びガスコネクタープレート５で挟持し
た構造である。前記電池スタック１の中央部には積層方
向に貫通する燃料ガス予熱部６が形成され、また該燃料
ガス予熱部６内はアルミナ等の絶縁性セラミックスから
成る燃料ガス予熱管７が積層方向に延設されて二重構造
になっている。尚、セル３とバイポーラプレート２、或
いは各セル３間の気密は、パイレックスガラス等の非導
電性高粘度融体から成るシール剤（図示せず）を使用し
た。
解質燃料電池（１０セルスタック）の概略構成を示す模
式図であり、この電池スタック１は後述するバイポーラ
プレート２とセル３とを交互に積層させ、燃料ガスバッ
ファプレート４及びガスコネクタープレート５で挟持し
た構造である。前記電池スタック１の中央部には積層方
向に貫通する燃料ガス予熱部６が形成され、また該燃料
ガス予熱部６内はアルミナ等の絶縁性セラミックスから
成る燃料ガス予熱管７が積層方向に延設されて二重構造
になっている。尚、セル３とバイポーラプレート２、或
いは各セル３間の気密は、パイレックスガラス等の非導
電性高粘度融体から成るシール剤（図示せず）を使用し
た。
【００１１】図２はバイポーラプレート２の平面図であ
り、大きさ２５０mm×２５０mmのインコネル６００等の
耐熱合金から成り、中央部には前記燃料ガス予熱部６が
形成されている。また、該プレート２の片面には図に示
すようにリブ８ａ〜８ｄが形成され、該リブ８ａ〜８ｄ
によって酸化剤ガス流路が４つの領域に仕切られてい
る。尚、図示しないが、該プレート２の反対側の面にも
前記リブ８ａ〜８ｄと略同一形状のリブが形成され、該
リブによって燃料ガス流路が４つの領域に仕切られてい
る。ここで、酸化剤ガスと燃料ガスとはセル内を対向し
て流れるようになっており、電池反応に寄与した後の温
度の高い燃料ガスが電池スタック１の中央部側を流れる
ように、内部マニホールド供給孔９ａ〜９ｄ及び内部マ
ニホールド排出孔１０ａ〜１０ｄが夫々設けられてい
る。尚、図中１１ａ〜１１ｄは酸化剤ガスを供給するた
めの内部マニホールド孔を夫々示している。
り、大きさ２５０mm×２５０mmのインコネル６００等の
耐熱合金から成り、中央部には前記燃料ガス予熱部６が
形成されている。また、該プレート２の片面には図に示
すようにリブ８ａ〜８ｄが形成され、該リブ８ａ〜８ｄ
によって酸化剤ガス流路が４つの領域に仕切られてい
る。尚、図示しないが、該プレート２の反対側の面にも
前記リブ８ａ〜８ｄと略同一形状のリブが形成され、該
リブによって燃料ガス流路が４つの領域に仕切られてい
る。ここで、酸化剤ガスと燃料ガスとはセル内を対向し
て流れるようになっており、電池反応に寄与した後の温
度の高い燃料ガスが電池スタック１の中央部側を流れる
ように、内部マニホールド供給孔９ａ〜９ｄ及び内部マ
ニホールド排出孔１０ａ〜１０ｄが夫々設けられてい
る。尚、図中１１ａ〜１１ｄは酸化剤ガスを供給するた
めの内部マニホールド孔を夫々示している。
【００１２】図３はセル３の平面図であり、前記バイポ
ーラプレート２と略同じ大きさ（２５０mm×２５０mm）
である。このセル３は、内部マニホールド孔９ａ〜９
ｄ，１０ａ〜１０ｄ及び１１ａ〜１１ｄを形成した電解
質板（大きさ１００mm×１５０mm，厚さ0.２mm）１２ａ
〜１２ｄの両面に、燃料極１３ａ〜１３ｄ及び酸化剤極
（図示せず）を配して成る４枚の単セル３ａ〜３ｄを組
み合わせ、各電解質板１２ａ〜１２ｄに形成した内部マ
ニホールド孔を前記バイポーラプレート２のそれと対応
させると共に、中央部には前記燃料ガス予熱部６を形成
した。このように小型の単セル３ａ〜３ｄ（大きさ１０
０mm×１５０mm）を複数組み合わせることにより大型の
セル３（大きさ２５０mm×２５０mm）を構成すれば、強
度が脆く壊れやすい電解質板１２ａ〜１２ｄの大型化を
図ることなくセル３の大面積化を実現できるという利点
がある。
ーラプレート２と略同じ大きさ（２５０mm×２５０mm）
である。このセル３は、内部マニホールド孔９ａ〜９
ｄ，１０ａ〜１０ｄ及び１１ａ〜１１ｄを形成した電解
質板（大きさ１００mm×１５０mm，厚さ0.２mm）１２ａ
〜１２ｄの両面に、燃料極１３ａ〜１３ｄ及び酸化剤極
（図示せず）を配して成る４枚の単セル３ａ〜３ｄを組
み合わせ、各電解質板１２ａ〜１２ｄに形成した内部マ
ニホールド孔を前記バイポーラプレート２のそれと対応
させると共に、中央部には前記燃料ガス予熱部６を形成
した。このように小型の単セル３ａ〜３ｄ（大きさ１０
０mm×１５０mm）を複数組み合わせることにより大型の
セル３（大きさ２５０mm×２５０mm）を構成すれば、強
度が脆く壊れやすい電解質板１２ａ〜１２ｄの大型化を
図ることなくセル３の大面積化を実現できるという利点
がある。
【００１３】ここで、前記単セル３ａ〜３ｄを以下のよ
うにして作製した。先ず、３ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 部分安定
化ジルコニア（ＰＳＺ）から成る電解質板１２ａ〜１２
ｄの片面に酸化ニッケル及び８ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 安定化
ジルコニア（ＹＳＺ）から成るスラリーをスクリーン印
刷法により塗布した後、焼成して燃料極１３ａ〜１３ｄ
を形成した。一方、前記電解質板１２ａ〜１２ｄの他方
の面にランタンストロンチウムマンガネート（Ｌａ0.9
Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 ）とＹＳＺとから成るスラリーを、ス
クリーン印刷法により塗布後、焼成して酸化剤極（図示
せず）を形成した。
うにして作製した。先ず、３ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 部分安定
化ジルコニア（ＰＳＺ）から成る電解質板１２ａ〜１２
ｄの片面に酸化ニッケル及び８ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 安定化
ジルコニア（ＹＳＺ）から成るスラリーをスクリーン印
刷法により塗布した後、焼成して燃料極１３ａ〜１３ｄ
を形成した。一方、前記電解質板１２ａ〜１２ｄの他方
の面にランタンストロンチウムマンガネート（Ｌａ0.9
Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 ）とＹＳＺとから成るスラリーを、ス
クリーン印刷法により塗布後、焼成して酸化剤極（図示
せず）を形成した。
【００１４】図４は電池スタック１の下端に設けられる
ガスコネクタープレート５の斜視図であり、各燃料ガス
供給側バッファ１４ａ〜１４ｄは各内部マニホールド供
給孔９ａ〜９ｄと連結し、各燃料ガス排出側バッファ１
５ａ〜１５ｄは各内部マニホールド排出孔１０ａ〜１０
ｄと連結している。また、この燃料ガス排出側バッファ
１５ａ〜１５ｄ内には燃料ガスを電池外に排出するため
の燃料ガス排出孔１６ａ〜１６ｄが形成されている。
ガスコネクタープレート５の斜視図であり、各燃料ガス
供給側バッファ１４ａ〜１４ｄは各内部マニホールド供
給孔９ａ〜９ｄと連結し、各燃料ガス排出側バッファ１
５ａ〜１５ｄは各内部マニホールド排出孔１０ａ〜１０
ｄと連結している。また、この燃料ガス排出側バッファ
１５ａ〜１５ｄ内には燃料ガスを電池外に排出するため
の燃料ガス排出孔１６ａ〜１６ｄが形成されている。
【００１５】以下、上記の如く構成された平板型固体電
解質燃料電池における燃料ガスの予熱方法について、図
１〜図４を用いて具体的に説明する。先ず、電池外の外
部予熱器（図示せず）によって一定温度まで昇温された
燃料ガスは、電池スタック１中央部の燃料ガス予熱管７
を介して電池スタック１内を上昇する。ここで、燃料ガ
ス予熱管７が設けられる電池スタック１の中央部はセル
の発熱が奪われにくく周辺部に比べて温度が高いので、
燃料ガスは前記燃料ガス予熱管７内を流れる間にセルの
発熱を奪ってより高温になる。また、セル平面の中心部
の発熱は前記燃料ガス予熱部６に奪われるため、セル平
面の中心部と周辺部との温度差が抑制される。
解質燃料電池における燃料ガスの予熱方法について、図
１〜図４を用いて具体的に説明する。先ず、電池外の外
部予熱器（図示せず）によって一定温度まで昇温された
燃料ガスは、電池スタック１中央部の燃料ガス予熱管７
を介して電池スタック１内を上昇する。ここで、燃料ガ
ス予熱管７が設けられる電池スタック１の中央部はセル
の発熱が奪われにくく周辺部に比べて温度が高いので、
燃料ガスは前記燃料ガス予熱管７内を流れる間にセルの
発熱を奪ってより高温になる。また、セル平面の中心部
の発熱は前記燃料ガス予熱部６に奪われるため、セル平
面の中心部と周辺部との温度差が抑制される。
【００１６】次に、この加熱された燃料ガスは燃料ガス
バッファプレート４に入り、電池スタック１上端側の端
部セル３に熱を与えた後、燃料ガス予熱部６内（即ち、
燃料ガス予熱管７の外周側）を下降し、電池スタック１
最下端のガスコネクタープレート５に設けた燃料ガス供
給側バッファ１４ａ〜１４ｄに供給され、電池スタック
１下端側の端部セル３に熱を与える。ここで、前記燃料
ガス予熱管７の内周側と外周側とでは、燃料ガスの流れ
る方向が逆であるので、電池スタック１積層方向の温度
差を抑制することができる。加えて、燃料ガスバッファ
プレート４及び燃料ガス供給側バッファ１４ａ〜１４ｄ
内では燃料ガスが一時的に貯留されるため、電池スタッ
ク１上端側の端部セル３及び電池スタック１下端側の端
部セル３を加熱し、電池スタック１中央部側セルと端部
側セルとの温度差を抑制することもできる。
バッファプレート４に入り、電池スタック１上端側の端
部セル３に熱を与えた後、燃料ガス予熱部６内（即ち、
燃料ガス予熱管７の外周側）を下降し、電池スタック１
最下端のガスコネクタープレート５に設けた燃料ガス供
給側バッファ１４ａ〜１４ｄに供給され、電池スタック
１下端側の端部セル３に熱を与える。ここで、前記燃料
ガス予熱管７の内周側と外周側とでは、燃料ガスの流れ
る方向が逆であるので、電池スタック１積層方向の温度
差を抑制することができる。加えて、燃料ガスバッファ
プレート４及び燃料ガス供給側バッファ１４ａ〜１４ｄ
内では燃料ガスが一時的に貯留されるため、電池スタッ
ク１上端側の端部セル３及び電池スタック１下端側の端
部セル３を加熱し、電池スタック１中央部側セルと端部
側セルとの温度差を抑制することもできる。
【００１７】続いて、この燃料ガスは内部マニホールド
供給孔９ａ〜９ｄを介して電池スタック１内を上昇する
間に、各単セル３ａ〜３ｄに分配される。そして、電池
反応に寄与した後の高温の燃料ガスは内部マニホールド
排出孔１０ａ〜１０ｄを介して電池スタック１内を下降
して、前記ガスコネクタープレート５の燃料ガス排出側
バッファ１５ａ〜１５ｄに入り、燃料ガス排出孔１６ａ
〜１６ｄを介して電池外に排出される。この場合、電池
スタック１の中央部側には燃料ガスの排出側が設けられ
ているため、中央部の燃料ガス予熱部６に熱を効率的に
与えることができる。その結果、この燃料ガス予熱部６
及び燃料ガス予熱管７内を流れる燃料ガスを効率よく加
熱することができる。
供給孔９ａ〜９ｄを介して電池スタック１内を上昇する
間に、各単セル３ａ〜３ｄに分配される。そして、電池
反応に寄与した後の高温の燃料ガスは内部マニホールド
排出孔１０ａ〜１０ｄを介して電池スタック１内を下降
して、前記ガスコネクタープレート５の燃料ガス排出側
バッファ１５ａ〜１５ｄに入り、燃料ガス排出孔１６ａ
〜１６ｄを介して電池外に排出される。この場合、電池
スタック１の中央部側には燃料ガスの排出側が設けられ
ているため、中央部の燃料ガス予熱部６に熱を効率的に
与えることができる。その結果、この燃料ガス予熱部６
及び燃料ガス予熱管７内を流れる燃料ガスを効率よく加
熱することができる。
【００１８】このように構成された電池スタックを、以
下（Ａ）スタックと称する。 〔比較例〕図５は従来の平板型固体電解質燃料電池（１
０セルスタック）を示す斜視図であり、電解質板３１
（大きさ２００mm×２００mm）の両面に上記実施例１と
同様にして燃料極３２及び酸化剤極（図示せず）を配し
たセル３３と，バイポーラプレート３４とを積層させた
構造であり、燃料ガスの予熱は電池外に設けた外部予熱
器（図示せず）のみで行った。
下（Ａ）スタックと称する。 〔比較例〕図５は従来の平板型固体電解質燃料電池（１
０セルスタック）を示す斜視図であり、電解質板３１
（大きさ２００mm×２００mm）の両面に上記実施例１と
同様にして燃料極３２及び酸化剤極（図示せず）を配し
たセル３３と，バイポーラプレート３４とを積層させた
構造であり、燃料ガスの予熱は電池外に設けた外部予熱
器（図示せず）のみで行った。
【００１９】このように構成された電池スタックを、以
下（Ｘ）スタックと称する。 〔実験１〕上記本発明の（Ａ）スタックと比較例の
（Ｘ）スタックとを用いて、電流密度とセル面内温度差
との関係について調べたので、その結果を図６に示す。
尚、実験は一定流量の燃料ガス及び酸化剤ガスを供給
し、スタック近傍で電池温度を１０００℃に制御した場
合における、電池スタックの下から６番目のセルの下面
側に接するバイポーラプレートの中央部付近と周辺部と
の温度差を測定するという条件である。
下（Ｘ）スタックと称する。 〔実験１〕上記本発明の（Ａ）スタックと比較例の
（Ｘ）スタックとを用いて、電流密度とセル面内温度差
との関係について調べたので、その結果を図６に示す。
尚、実験は一定流量の燃料ガス及び酸化剤ガスを供給
し、スタック近傍で電池温度を１０００℃に制御した場
合における、電池スタックの下から６番目のセルの下面
側に接するバイポーラプレートの中央部付近と周辺部と
の温度差を測定するという条件である。
【００２０】図６から明らかなように、比較例の（Ｘ）
スタックでは電流密度の増大に伴ってセル面内温度差が
著しく上昇するのに対して、本発明の（Ａ）スタックで
は温度差が比較例の（Ｘ）スタックに比べて半分以下に
抑制されていることが認められる。この場合、本発明の
（Ａ）スタックの電極有効面積は、比較例の（Ｘ）スタ
ックのそれに比べてはるかに大きく、発熱量が大きいこ
とからも、本発明の（Ａ）スタックではセル面内の温度
差が有効に抑制されていることは明らかである。
スタックでは電流密度の増大に伴ってセル面内温度差が
著しく上昇するのに対して、本発明の（Ａ）スタックで
は温度差が比較例の（Ｘ）スタックに比べて半分以下に
抑制されていることが認められる。この場合、本発明の
（Ａ）スタックの電極有効面積は、比較例の（Ｘ）スタ
ックのそれに比べてはるかに大きく、発熱量が大きいこ
とからも、本発明の（Ａ）スタックではセル面内の温度
差が有効に抑制されていることは明らかである。
【００２１】これは、本発明の（Ａ）スタックではセル
の発熱が中央部に設けた燃料ガス予熱部での燃料ガスの
予熱に有効に利用されるため中央部と周辺部との温度差
が抑制されるのに対して、比較例の（Ｘ）スタックでは
中央部での放熱が起こりにくいためであると思われる。
尚、無負荷の状態では、中央部の温度が周辺部より低い
ため、比較例の（Ｘ）スタックに比べ本発明の（Ａ）ス
タックの方がセル面内温度差が大きくなっているが、実
際の使用に際しては、無負荷時はガス流量を少なくする
ため、この温度差は緩和される。 〔実験２〕上記本発明の（Ａ）スタックと比較例の
（Ｘ）スタックとを用いて、電流密度と電池スタック積
層方向の温度差との関係について調べたので、その結果
を図７に示す。尚、実験はバイポーラプレートの中央部
付近の温度を測定し、電池スタック内の最大温度と最小
温度との温度差について調べ、その他は上記実験１と同
様の条件である。
の発熱が中央部に設けた燃料ガス予熱部での燃料ガスの
予熱に有効に利用されるため中央部と周辺部との温度差
が抑制されるのに対して、比較例の（Ｘ）スタックでは
中央部での放熱が起こりにくいためであると思われる。
尚、無負荷の状態では、中央部の温度が周辺部より低い
ため、比較例の（Ｘ）スタックに比べ本発明の（Ａ）ス
タックの方がセル面内温度差が大きくなっているが、実
際の使用に際しては、無負荷時はガス流量を少なくする
ため、この温度差は緩和される。 〔実験２〕上記本発明の（Ａ）スタックと比較例の
（Ｘ）スタックとを用いて、電流密度と電池スタック積
層方向の温度差との関係について調べたので、その結果
を図７に示す。尚、実験はバイポーラプレートの中央部
付近の温度を測定し、電池スタック内の最大温度と最小
温度との温度差について調べ、その他は上記実験１と同
様の条件である。
【００２２】図７から明らかなように、比較例の（Ｘ）
スタックにおいては無負荷時でも温度差が大きく、また
電流密度の増大に伴ってスタック内温度差も上昇するの
に対して、本発明の（Ａ）スタックでは電流密度の増加
に係わらず、スタック内温度差が略一定であることが認
められる。これは、本発明の（Ａ）スタックでは燃料ガ
ス予熱管の内周側と外周側とで燃料ガスの流れが逆であ
るため、電池スタック内の積層方向での温度差が互いに
打ち消され、電池スタックの中央部側セルと端部側セル
との温度差が抑制されるのに加えて、電池スタックの最
上端及び最下端に設けた燃料ガスバッファプレート４及
びガスコネクタープレート５に一時的に燃料ガスが貯留
されるので、電池スタックの端部側セルの温度が上昇
し、積層方向中央部との温度差が抑制されるためである
と思われる。 〔その他の事項〕 上記実施例においては、燃料ガス予熱部６内を燃料
ガス予熱配管７によって二重構造としたが、本発明は何
らこれに限定されるものではなく、一重又は三重構造と
することも可能である。しかしながら、二重構造であれ
ば燃料ガスを積層方向に対向して流すことにより、積層
方向の温度差を抑制することができるため好ましい。 また、バイポーラプレート２の材質としてインコネ
ル６００等の耐熱合金を使用したが、ランタンクロマイ
ト等の導電性セラミックスを使用することも勿論可能で
ある。 更に、反応ガスを内部マニホールド方式によって供
給したが、外部マニホールド方式によって供給すること
も勿論可能である。
スタックにおいては無負荷時でも温度差が大きく、また
電流密度の増大に伴ってスタック内温度差も上昇するの
に対して、本発明の（Ａ）スタックでは電流密度の増加
に係わらず、スタック内温度差が略一定であることが認
められる。これは、本発明の（Ａ）スタックでは燃料ガ
ス予熱管の内周側と外周側とで燃料ガスの流れが逆であ
るため、電池スタック内の積層方向での温度差が互いに
打ち消され、電池スタックの中央部側セルと端部側セル
との温度差が抑制されるのに加えて、電池スタックの最
上端及び最下端に設けた燃料ガスバッファプレート４及
びガスコネクタープレート５に一時的に燃料ガスが貯留
されるので、電池スタックの端部側セルの温度が上昇
し、積層方向中央部との温度差が抑制されるためである
と思われる。 〔その他の事項〕 上記実施例においては、燃料ガス予熱部６内を燃料
ガス予熱配管７によって二重構造としたが、本発明は何
らこれに限定されるものではなく、一重又は三重構造と
することも可能である。しかしながら、二重構造であれ
ば燃料ガスを積層方向に対向して流すことにより、積層
方向の温度差を抑制することができるため好ましい。 また、バイポーラプレート２の材質としてインコネ
ル６００等の耐熱合金を使用したが、ランタンクロマイ
ト等の導電性セラミックスを使用することも勿論可能で
ある。 更に、反応ガスを内部マニホールド方式によって供
給したが、外部マニホールド方式によって供給すること
も勿論可能である。
【００２３】
【発明の効果】以上の本発明によれば、セルの発熱が奪
われにくく周辺部に比べて温度が高い電池スタックの中
心部近傍に燃料ガス供給通路を形成したので、燃料ガス
は前記燃料ガス供給通路内を流れる間にセルの発熱を奪
って高温になる。したがって、高温の燃料ガスを各セル
に十分に供給することができるので、セルの大型化に伴
って燃料ガスの供給量が増加した場合でも、その増加分
を従来のように外部予熱器等に依存する必要がない。そ
の結果、外部予熱器等の能力増大や大型化を図る必要が
ないので、コストの増大を抑制することができるといっ
た優れた効果を奏する。
われにくく周辺部に比べて温度が高い電池スタックの中
心部近傍に燃料ガス供給通路を形成したので、燃料ガス
は前記燃料ガス供給通路内を流れる間にセルの発熱を奪
って高温になる。したがって、高温の燃料ガスを各セル
に十分に供給することができるので、セルの大型化に伴
って燃料ガスの供給量が増加した場合でも、その増加分
を従来のように外部予熱器等に依存する必要がない。そ
の結果、外部予熱器等の能力増大や大型化を図る必要が
ないので、コストの増大を抑制することができるといっ
た優れた効果を奏する。
【００２４】また、セル平面の中心部の熱は前記燃料ガ
ス通路内を流れる燃料ガスによって奪われるため、セル
平面の中心部と周辺部との温度差が抑制され、その結果
セル劣化を抑制することができる。更に、上記の構成
によれば、燃料ガスは電池スタック内を積層方向に対向
して流れるため、電池スタック内の積層方向での温度差
が互いに打ち消され、電池スタックの中央部側セルと端
部側セルとの温度差が緩和され、電池寿命も向上する。
ス通路内を流れる燃料ガスによって奪われるため、セル
平面の中心部と周辺部との温度差が抑制され、その結果
セル劣化を抑制することができる。更に、上記の構成
によれば、燃料ガスは電池スタック内を積層方向に対向
して流れるため、電池スタック内の積層方向での温度差
が互いに打ち消され、電池スタックの中央部側セルと端
部側セルとの温度差が緩和され、電池寿命も向上する。
【図１】本発明の一実施例に係る平板型固体電解質燃料
電池（１０セルスタック）の概略構成を示す模式図であ
る。
電池（１０セルスタック）の概略構成を示す模式図であ
る。
【図２】バイポーラプレートの平面図である。
【図３】セルの平面図である。
【図４】ガスコネクタープレートの斜視図である。
【図５】従来の平板型固体電解質燃料電池（１０セルス
タック）を示す斜視図である。
タック）を示す斜視図である。
【図６】上記本発明の（Ａ）スタックと比較例の（Ｘ）
スタックとを用いた場合における、電流密度とセル面内
温度差１の関係を示すグラフである。
スタックとを用いた場合における、電流密度とセル面内
温度差１の関係を示すグラフである。
【図７】上記本発明の（Ａ）スタックと比較例の（Ｘ）
スタックとを用いた場合における、電流密度と電池スタ
ック積層方向の温度差との関係を示すグラフである。
スタックとを用いた場合における、電流密度と電池スタ
ック積層方向の温度差との関係を示すグラフである。
１ 電池スタック ２ セパレータ ３ａ〜３ｄ セル ６ 燃料ガス供給通路 １２ａ〜１２ｄ 電解質板 １３ａ〜１３ｄ 燃料極
【手続補正書】
【提出日】平成５年９月９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】次に、この加熱された燃料ガスは燃料ガス
バッファプレート４に入り、電池スタック１上端部と熱
交換した後、燃料ガス予熱部６内（即ち、燃料ガス予熱
管７の外周側）を下降し、電池スタック１最下端のガス
コネクタープレート５に設けた燃料ガス供給側バッファ
１４ａ〜１４ｄに供給され、電池スタック１下端側の端
部セル３に熱を与える。ここで、前記燃料ガス予熱管７
の内周側と外周側とでは、燃料ガスの流れる方向が逆で
あるので、電池スタック１積層方向の温度差を抑制する
ことができる。加えて、燃料ガスバッファプレート４及
び燃料ガス供給側バッファ１４ａ〜１４ｄ内では燃料ガ
スが一時的に貯留されるため、電池スタック１上端側の
端部セル３及び電池スタック１下端側の端部セル３と十
分熱交換され、電池スタック１内の温度分布の均熱化が
促進される。
バッファプレート４に入り、電池スタック１上端部と熱
交換した後、燃料ガス予熱部６内（即ち、燃料ガス予熱
管７の外周側）を下降し、電池スタック１最下端のガス
コネクタープレート５に設けた燃料ガス供給側バッファ
１４ａ〜１４ｄに供給され、電池スタック１下端側の端
部セル３に熱を与える。ここで、前記燃料ガス予熱管７
の内周側と外周側とでは、燃料ガスの流れる方向が逆で
あるので、電池スタック１積層方向の温度差を抑制する
ことができる。加えて、燃料ガスバッファプレート４及
び燃料ガス供給側バッファ１４ａ〜１４ｄ内では燃料ガ
スが一時的に貯留されるため、電池スタック１上端側の
端部セル３及び電池スタック１下端側の端部セル３と十
分熱交換され、電池スタック１内の温度分布の均熱化が
促進される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 幸徳 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内 (72)発明者 齋藤 俊彦 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 電解質板の両面に燃料極と酸化剤極とを
配して成るセルと，セパレータとを積層させて電池スタ
ックを構成する平板型固体電解質燃料電池において、 前記電池スタックの中心部近傍にスタック内を積層方向
に貫通する燃料ガス供給通路を形成し、該燃料ガス供給
通路内を流通する間に燃料ガスが電池スタックと熱交換
する構成であることを特徴とする平板型固体電解質燃料
電池。 - 【請求項２】 前記燃料ガス供給通路を内外二重構造に
すると共に、燃料ガスが内側供給通路と外側供給通路の
一方から他方に折り返す状態で流れる構成としたことを
特徴とする請求項１記載の平板型固体電解質燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5159401A JP3064746B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 平板型固体電解質燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5159401A JP3064746B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 平板型固体電解質燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0722059A true JPH0722059A (ja) | 1995-01-24 |
| JP3064746B2 JP3064746B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=15692971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5159401A Expired - Fee Related JP3064746B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 平板型固体電解質燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3064746B2 (ja) |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996025773A1 (de) * | 1995-02-16 | 1996-08-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Festelektrolyt-hochtemperatur-brennstoffzellenmodul und verfahren zu seinem betrieb |
| US5952116A (en) * | 1995-02-16 | 1999-09-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Solid electrolyte high temperature fuel cell module and method for its operation |
| KR100418626B1 (ko) * | 2001-10-17 | 2004-02-14 | 한국전력공사 | 용융탄산염형 연료전지 |
| WO2005060034A3 (en) * | 2003-12-17 | 2005-11-17 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell and fuel cell stack |
| JP2005537611A (ja) * | 2002-07-19 | 2005-12-08 | ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト | 内部ガス制御燃料電池 |
| JP2006054117A (ja) * | 2004-08-12 | 2006-02-23 | Sony Corp | 燃料電池装置及びその運転方法 |
| WO2005060028A3 (en) * | 2003-12-17 | 2006-04-13 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell and fuel cell stack |
| JP2007335213A (ja) * | 2006-06-14 | 2007-12-27 | Kawamura Electric Inc | 燃料電池スタック |
| JP2008021595A (ja) * | 2006-07-14 | 2008-01-31 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 固体電解質形燃料電池モジュール |
| WO2008090744A1 (ja) * | 2007-01-25 | 2008-07-31 | Mitsubishi Materials Corporation | 固体酸化物形燃料電池および燃料電池スタック |
| JP2008251495A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Toho Gas Co Ltd | 燃料電池モジュール |
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| US8288051B2 (en) | 2007-01-25 | 2012-10-16 | Mitsubishi Materials Corporation | Solid oxide fuel cell and fuel cell stack |
| JP2014503109A (ja) * | 2011-01-21 | 2014-02-06 | 中国科学院▲寧▼波材料技▲術▼▲与▼工程研究所 | 固体酸化物燃料電池積層体 |
| WO2015087913A1 (ja) * | 2013-12-11 | 2015-06-18 | 日本特殊陶業株式会社 | 燃料電池スタック及び燃料電池モジュール |
| US9368812B2 (en) | 2010-12-15 | 2016-06-14 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell stack |
| JP2017010721A (ja) * | 2015-06-19 | 2017-01-12 | 日本特殊陶業株式会社 | 燃料電池スタック |
| CN118738433A (zh) * | 2024-08-30 | 2024-10-01 | 新研氢能源科技有限公司 | 极板组件及大功率燃料电池 |
-
1993
- 1993-06-29 JP JP5159401A patent/JP3064746B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2006054117A (ja) * | 2004-08-12 | 2006-02-23 | Sony Corp | 燃料電池装置及びその運転方法 |
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| US8288051B2 (en) | 2007-01-25 | 2012-10-16 | Mitsubishi Materials Corporation | Solid oxide fuel cell and fuel cell stack |
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| CN118738433A (zh) * | 2024-08-30 | 2024-10-01 | 新研氢能源科技有限公司 | 极板组件及大功率燃料电池 |
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|---|---|
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