JPH08138694A - 固体電解質燃料電池 - Google Patents
固体電解質燃料電池Info
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- JPH08138694A JPH08138694A JP6277550A JP27755094A JPH08138694A JP H08138694 A JPH08138694 A JP H08138694A JP 6277550 A JP6277550 A JP 6277550A JP 27755094 A JP27755094 A JP 27755094A JP H08138694 A JPH08138694 A JP H08138694A
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- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 16
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Classifications
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、発電性能を向上するとともに、発
電膜やインターコネクターの割れを低減し得ることを主
要な目的とする。 【構成】両面に略全面的に凸ディンプル部(12a) ，凹デ
ィンプル部(12b) を形成した固体電解質膜(12)の片面に
燃料電極をかつ他方の面に酸素電極を形成した発電膜(1
1)と、この発電膜(11)を挟むインターコネクター(15)
と、前記発電膜(11)を囲むシール材(16)とを具備し、燃
料と酸素を前記発電膜(11)を介して化学的に反応させ、
電気エネルギーを取り出す固体電解質燃料電池におい
て、前記発電膜(11)へのガス入口部，ガス出口部の少な
くともいずれか一方に、ガスの流れを均一化するための
ガス用の流路を設けたことを特徴とする固体電解質燃料
電池。
電膜やインターコネクターの割れを低減し得ることを主
要な目的とする。 【構成】両面に略全面的に凸ディンプル部(12a) ，凹デ
ィンプル部(12b) を形成した固体電解質膜(12)の片面に
燃料電極をかつ他方の面に酸素電極を形成した発電膜(1
1)と、この発電膜(11)を挟むインターコネクター(15)
と、前記発電膜(11)を囲むシール材(16)とを具備し、燃
料と酸素を前記発電膜(11)を介して化学的に反応させ、
電気エネルギーを取り出す固体電解質燃料電池におい
て、前記発電膜(11)へのガス入口部，ガス出口部の少な
くともいずれか一方に、ガスの流れを均一化するための
ガス用の流路を設けたことを特徴とする固体電解質燃料
電池。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は固体電解質燃料電池
（ＳＯＦＣ）に関し、特に固体電解質を用いる水電解，
ＣＯ2 電解等の電解セルにも使用可能なＳＯＦＣ、ある
いは固体電解質を用いる高温水蒸気製造装置（ＳＯＥ）
に適用可能なＳＯＦＣに関する。
（ＳＯＦＣ）に関し、特に固体電解質を用いる水電解，
ＣＯ2 電解等の電解セルにも使用可能なＳＯＦＣ、ある
いは固体電解質を用いる高温水蒸気製造装置（ＳＯＥ）
に適用可能なＳＯＦＣに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、平板型ＳＯＦＣでディンプル発電
膜を持つＳＯＦＣとしては、例えば図４（Ａ），（Ｂ）
に示す構造のものが知られている。ここで、図４（Ａ）
は同ＳＯＦＣの展開図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＸ−
Ｘ線に沿う断面図である。
膜を持つＳＯＦＣとしては、例えば図４（Ａ），（Ｂ）
に示す構造のものが知られている。ここで、図４（Ａ）
は同ＳＯＦＣの展開図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＸ−
Ｘ線に沿う断面図である。
【０００３】図中の符号41は発電膜である。この発電膜
41は、主として、略全面的に凸ディンプル部42ａと凹デ
ィンプル部42ｂが形成された固体電解質42と、この固体
電解質42の片面に燃料電極43，他方の面に酸素電極44が
形成されている。図４の場合、凸ディンプル部42ａを燃
料電極，凹ディンプル部42ｂを酸素電極としている。前
記発電膜41はインターコネクター45に各膜ごとに挟ま
れ、シール材46で囲まれている。そして、燃料ガス流路
47に燃料ガスを流し、酸素流路48に酸素あるいは空気を
流して発電される。
41は、主として、略全面的に凸ディンプル部42ａと凹デ
ィンプル部42ｂが形成された固体電解質42と、この固体
電解質42の片面に燃料電極43，他方の面に酸素電極44が
形成されている。図４の場合、凸ディンプル部42ａを燃
料電極，凹ディンプル部42ｂを酸素電極としている。前
記発電膜41はインターコネクター45に各膜ごとに挟ま
れ、シール材46で囲まれている。そして、燃料ガス流路
47に燃料ガスを流し、酸素流路48に酸素あるいは空気を
流して発電される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の発電膜41では、
燃料ガス流路47，酸素流路48の入口幅が、通常発電膜41
の発電部分の幅より小さい。これは、ガス供給のための
マニホールド取付部及びシール幅の確保のためである。
そのため、供給されたガス（燃料ガス，あるいは酸素を
含む空気）は発電膜41内で均一に拡がらず、流れの分布
が生じる。その結果として、以下のような不具合が生じ
ることが問題となっている。
燃料ガス流路47，酸素流路48の入口幅が、通常発電膜41
の発電部分の幅より小さい。これは、ガス供給のための
マニホールド取付部及びシール幅の確保のためである。
そのため、供給されたガス（燃料ガス，あるいは酸素を
含む空気）は発電膜41内で均一に拡がらず、流れの分布
が生じる。その結果として、以下のような不具合が生じ
ることが問題となっている。
【０００５】(1) 発電膜全体を１００％有効に利用して
いないため、電池全体で見た場合単位面積あたりの発電
性能が低下する（局所的に、特にガスの流れにくい端部
は発電膜としては機能していない）。勿論、期待される
全出力も低下する。
いないため、電池全体で見た場合単位面積あたりの発電
性能が低下する（局所的に、特にガスの流れにくい端部
は発電膜としては機能していない）。勿論、期待される
全出力も低下する。
【０００６】(2) 発電部と非発電部が生じることとな
り、同一平面内での発電膜，インターコネクターの温度
勾配が大きくなり、そのため温度勾配による応力も大き
くなる。その結果、発電膜あるいはインターコネクター
が割れる可能性が高まり、容積当りの出力を増やすため
にセルの大面積化が求められているが、そのことを困難
とすることに繋る。それ故、燃料ガス，酸素（空気）は
発電膜内でできるだけ均一にまんべんなく流れることが
要求される。
り、同一平面内での発電膜，インターコネクターの温度
勾配が大きくなり、そのため温度勾配による応力も大き
くなる。その結果、発電膜あるいはインターコネクター
が割れる可能性が高まり、容積当りの出力を増やすため
にセルの大面積化が求められているが、そのことを困難
とすることに繋る。それ故、燃料ガス，酸素（空気）は
発電膜内でできるだけ均一にまんべんなく流れることが
要求される。
【０００７】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、発電膜へのガス入口部，ガス出口部の少なく
ともいずれか一方にガスの流れを均一化するためのガス
用の流路を設けることにより、燃料ガス又は酸素（空
気）の流れを均一化し、もって発電性能を向上するとと
もに、発電膜内での温度勾配を低減して発電膜やインタ
ーコネクターの割れを低減し得る固体電解質燃料電池を
提供することを目的とする。
たもので、発電膜へのガス入口部，ガス出口部の少なく
ともいずれか一方にガスの流れを均一化するためのガス
用の流路を設けることにより、燃料ガス又は酸素（空
気）の流れを均一化し、もって発電性能を向上するとと
もに、発電膜内での温度勾配を低減して発電膜やインタ
ーコネクターの割れを低減し得る固体電解質燃料電池を
提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、両面に略全
面的に凹凸部を形成した固体電解質膜の片面に燃料電極
をかつ他方の面に酸素電極を形成した発電膜と、この発
電膜を挟むインターコネクターと、前記発電膜を囲むシ
ール材とを具備し、燃料と酸素を前記発電膜を介して化
学的に反応させ、電気エネルギーを取り出す固体電解質
燃料電池において、前記発電膜へのガス入口部，ガス出
口部の少なくともいずれか一方に、ガスの流れを均一化
するためのガス用の流路を設けたことを特徴とする固体
電解質燃料電池である。
面的に凹凸部を形成した固体電解質膜の片面に燃料電極
をかつ他方の面に酸素電極を形成した発電膜と、この発
電膜を挟むインターコネクターと、前記発電膜を囲むシ
ール材とを具備し、燃料と酸素を前記発電膜を介して化
学的に反応させ、電気エネルギーを取り出す固体電解質
燃料電池において、前記発電膜へのガス入口部，ガス出
口部の少なくともいずれか一方に、ガスの流れを均一化
するためのガス用の流路を設けたことを特徴とする固体
電解質燃料電池である。
【０００９】
【作用】ガスの入口，出口部に流路（圧力だまり、以下
「ヘッダー」という）を設けることにより、入口から供
給されたガス（燃料又は空気）はヘッダーに１回たま
り、発電膜内に均一に流れていく。
「ヘッダー」という）を設けることにより、入口から供
給されたガス（燃料又は空気）はヘッダーに１回たま
り、発電膜内に均一に流れていく。
【００１０】この現象を詳しく記述すると、以下のよう
な作用になる。つまり、発電膜のディンプル部はディン
プルがない場合に比べて圧力損失が大きい。その状態で
ガス入口部，出口部にヘッダーを適当な幅で設けると、
ヘッダー内では圧力は一定値Ｐ1 をとる。出口にもヘッ
ダーを適当な幅で設けると、出口部ヘッダー内圧力も一
定値Ｐ2 をとる。結果として、発電膜上でガスはどの位
置においても圧力差Ｐ1 −Ｐ2 に従って、入口→出口方
向に流れ、その方向と垂直方向の流れ成分は発生しな
い。よって、発電膜内で流れは均一となる。
な作用になる。つまり、発電膜のディンプル部はディン
プルがない場合に比べて圧力損失が大きい。その状態で
ガス入口部，出口部にヘッダーを適当な幅で設けると、
ヘッダー内では圧力は一定値Ｐ1 をとる。出口にもヘッ
ダーを適当な幅で設けると、出口部ヘッダー内圧力も一
定値Ｐ2 をとる。結果として、発電膜上でガスはどの位
置においても圧力差Ｐ1 −Ｐ2 に従って、入口→出口方
向に流れ、その方向と垂直方向の流れ成分は発生しな
い。よって、発電膜内で流れは均一となる。
【００１１】
【実施例】以下、この発明の実施例に係る固体電解質燃
料電池（ＳＯＦＣ）について図面を参照して説明する。 （実施例１）図１（Ａ），（Ｂ）及び図２（Ａ）〜
（Ｄ）を参照して説明する。ここで、図１（Ａ）は同Ｓ
ＯＦＣの展開図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＸ−Ｘ線に
沿う断面図、図２（Ａ）は燃料ガスが通過する発電膜部
の平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＰ矢視図、図２
（Ｃ）は空気が通過する発電膜部の平面図、図２（Ｄ）
は図２（Ｂ）のＱ矢視図である。
料電池（ＳＯＦＣ）について図面を参照して説明する。 （実施例１）図１（Ａ），（Ｂ）及び図２（Ａ）〜
（Ｄ）を参照して説明する。ここで、図１（Ａ）は同Ｓ
ＯＦＣの展開図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＸ−Ｘ線に
沿う断面図、図２（Ａ）は燃料ガスが通過する発電膜部
の平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＰ矢視図、図２
（Ｃ）は空気が通過する発電膜部の平面図、図２（Ｄ）
は図２（Ｂ）のＱ矢視図である。
【００１２】図中の符号11は発電膜である。この発電膜
11は、主として、略全面的に凸ディンプル部12ａと凹デ
ィンプル部12ｂが形成された固体電解質膜12と、この固
体電解質膜12の片面に燃料電極13，他方の面に酸素電極
14が形成されている。図１の場合、凸ディンプル部12ａ
を燃料電極，凹ディンプル部12ｂを酸素電極としてい
る。前記発電膜11はインターコネクター15に各膜ごとに
挟まれ、シール材16で囲まれている。
11は、主として、略全面的に凸ディンプル部12ａと凹デ
ィンプル部12ｂが形成された固体電解質膜12と、この固
体電解質膜12の片面に燃料電極13，他方の面に酸素電極
14が形成されている。図１の場合、凸ディンプル部12ａ
を燃料電極，凹ディンプル部12ｂを酸素電極としてい
る。前記発電膜11はインターコネクター15に各膜ごとに
挟まれ、シール材16で囲まれている。
【００１３】前記発電膜11への燃料ガスの入口部17，出
口部18には、燃料ガスの流れを均一化するためのディン
プルのない流路（ヘッダー）19，20が設けられている。
前記発電膜11への空気の入口部21，出口部22には、空気
の流れを均一化するためのディンプルのない流路（ヘッ
ダー）23，24が設けられている。そして、燃料ガス用の
ヘッダー17に燃料ガスを流し、空気用のヘッダー19に空
気（Ａｉｒ）を流して発電される。
口部18には、燃料ガスの流れを均一化するためのディン
プルのない流路（ヘッダー）19，20が設けられている。
前記発電膜11への空気の入口部21，出口部22には、空気
の流れを均一化するためのディンプルのない流路（ヘッ
ダー）23，24が設けられている。そして、燃料ガス用の
ヘッダー17に燃料ガスを流し、空気用のヘッダー19に空
気（Ａｉｒ）を流して発電される。
【００１４】上記実施例１によれば、発電膜11への燃料
ガスの入口部17，出口部18に燃料ガスの流れを均一化す
るためのディンプルのない流路（ヘッダー）19，20が設
けられ、かつ発電膜11への空気の入口部21，出口部22に
空気の流れを均一化するためのディンプルのない流路
（ヘッダー）23，24が設けられた構成になっているた
め、燃料ガスや空気の流れが発電膜内発電部でより均一
になる。従って、以下に述べる効果を有する。
ガスの入口部17，出口部18に燃料ガスの流れを均一化す
るためのディンプルのない流路（ヘッダー）19，20が設
けられ、かつ発電膜11への空気の入口部21，出口部22に
空気の流れを均一化するためのディンプルのない流路
（ヘッダー）23，24が設けられた構成になっているた
め、燃料ガスや空気の流れが発電膜内発電部でより均一
になる。従って、以下に述べる効果を有する。
【００１５】(1) 電池としての発電性能が上がる。ま
た、単位面積あたりの発電性能も向上する。 (2) 発電膜11内の発電が均一となり、膜内での温度勾配
が低減できる。そのため、発電膜11，インターコネクタ
ー15に発生する応力が低減でき、発電膜11，インターコ
ネクター15の割れがなくなる。結果として、ＳＯＦＣの
発電性能が向上し、接続性能も向上する。
た、単位面積あたりの発電性能も向上する。 (2) 発電膜11内の発電が均一となり、膜内での温度勾配
が低減できる。そのため、発電膜11，インターコネクタ
ー15に発生する応力が低減でき、発電膜11，インターコ
ネクター15の割れがなくなる。結果として、ＳＯＦＣの
発電性能が向上し、接続性能も向上する。
【００１６】（実施例２）実施例１では燃料ガスと空気
との流れが直交する直交流タイプに関する場合である
が、本実施例２は図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように燃料
ガスと空気の流れ方向が同じである対向流タイプである
場合を示す（なお、燃料ガスと空気の流れ方向が逆であ
る対向流タイプである場合でもよい）。
との流れが直交する直交流タイプに関する場合である
が、本実施例２は図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように燃料
ガスと空気の流れ方向が同じである対向流タイプである
場合を示す（なお、燃料ガスと空気の流れ方向が逆であ
る対向流タイプである場合でもよい）。
【００１７】上記実施例２によれば、実施例１と同様な
効果が得られる。なお、図１〜図３におけるディンプル
の大きさ，ピッチは説明のため任意スケールであり、図
と同じではない。
効果が得られる。なお、図１〜図３におけるディンプル
の大きさ，ピッチは説明のため任意スケールであり、図
と同じではない。
【００１８】また、上記実施例１，２では、ガスの入口
部，出口部の両方にヘッダーを設けた場合について述べ
たが、これに限らず、ガスの入口部あるいはガスの出口
部のいずれか一方に設けた場合でも、両方設けた場合と
比べ若干劣るるものの、使用可能である。
部，出口部の両方にヘッダーを設けた場合について述べ
たが、これに限らず、ガスの入口部あるいはガスの出口
部のいずれか一方に設けた場合でも、両方設けた場合と
比べ若干劣るるものの、使用可能である。
【００１９】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
発電膜へのガス入口部，ガス出口部の少なくともいずれ
か一方にガスの流れを均一化するためのガス用の流路を
設けることにより、燃料ガス又は酸素（空気）の流れを
均一化し、もって発電性能を向上するとともに、発電膜
内での温度勾配を低減して発電膜やインターコネクター
の割れを低減し得る固体電解質燃料電池を提供できる。
発電膜へのガス入口部，ガス出口部の少なくともいずれ
か一方にガスの流れを均一化するためのガス用の流路を
設けることにより、燃料ガス又は酸素（空気）の流れを
均一化し、もって発電性能を向上するとともに、発電膜
内での温度勾配を低減して発電膜やインターコネクター
の割れを低減し得る固体電解質燃料電池を提供できる。
【図１】この発明の実施例１に係るＳＯＦＣの説明図で
あり、図１（Ａ）は同ＳＯＦＣの展開図、図１（Ｂ）は
図１（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。
あり、図１（Ａ）は同ＳＯＦＣの展開図、図１（Ｂ）は
図１（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。
【図２】図１のＳＯＦＣの発電膜の説明図であり、図２
（Ａ）は燃料ガスが通過する発電膜部の平面図、図２
（Ｂ）は図２（Ａ）のＰ矢視図、図２（Ｃ）は空気が通
過する発電膜部の平面図、図２（Ｄ）は図２（Ｂ）のＱ
矢視図。
（Ａ）は燃料ガスが通過する発電膜部の平面図、図２
（Ｂ）は図２（Ａ）のＰ矢視図、図２（Ｃ）は空気が通
過する発電膜部の平面図、図２（Ｄ）は図２（Ｂ）のＱ
矢視図。
【図３】この発明の実施例２に係るＳＯＦＣの発電膜の
説明図であり、図３（Ａ）は燃料ガスが通過する発電膜
部の平面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の側面図、図３
（Ｃ）は空気が通過する発電膜部の平面図。
説明図であり、図３（Ａ）は燃料ガスが通過する発電膜
部の平面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の側面図、図３
（Ｃ）は空気が通過する発電膜部の平面図。
【図４】従来のＳＯＦＣの説明図であり、図４（Ａ）は
同ＳＯＦＣの展開図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＸ−Ｘ
線に沿う断面図。
同ＳＯＦＣの展開図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＸ−Ｘ
線に沿う断面図。
11…発電膜、 12…固体電解質膜、 12ａ…
凸ディンプル部、12ｂ…凹ディンプル部、 13…燃料電
極、 14…酸素電極、15…インターコネクター、
16…シール材、 17，21…入口部、18，22…出口
部、 19，20，23，24…ヘッダー。
凸ディンプル部、12ｂ…凹ディンプル部、 13…燃料電
極、 14…酸素電極、15…インターコネクター、
16…シール材、 17，21…入口部、18，22…出口
部、 19，20，23，24…ヘッダー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 潔 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 佐竹 徳己 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内
Claims (1)
- 【請求項１】 両面に略全面的に凹凸部を形成した固体
電解質膜の片面に燃料電極をかつ他方の面に酸素電極を
形成した発電膜と、この発電膜を挟むインターコネクタ
ーと、前記発電膜を囲むシール材とを具備し、燃料と酸
素を前記発電膜を介して化学的に反応させ、電気エネル
ギーを取り出す固体電解質燃料電池において、前記発電
膜へのガス入口部，ガス出口部の少なくともいずれか一
方に、ガスの流れを均一化するためのガス用の流路を設
けたことを特徴とする固体電解質燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6277550A JPH08138694A (ja) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | 固体電解質燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6277550A JPH08138694A (ja) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | 固体電解質燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08138694A true JPH08138694A (ja) | 1996-05-31 |
Family
ID=17585100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6277550A Pending JPH08138694A (ja) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | 固体電解質燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08138694A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999026304A1 (en) * | 1997-11-14 | 1999-05-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Solid electrolyte fuel cell |
-
1994
- 1994-11-11 JP JP6277550A patent/JPH08138694A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999026304A1 (en) * | 1997-11-14 | 1999-05-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Solid electrolyte fuel cell |
| US6296963B1 (en) | 1997-11-14 | 2001-10-02 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Solid oxide electrolyte fuel cell |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20031202 |