JPH10208761A

JPH10208761A - 燃料電池

Info

Publication number: JPH10208761A
Application number: JP9015089A
Authority: JP
Inventors: Isanori Akagi; 功典赤木
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1997-01-29
Publication date: 1998-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池のセルを冷却するための構成を簡略
化して、コストダウンを図る。【解決手段】電解質層の一方の面に酸素極を備え且つ
他方の面に燃料極を備えた板状のセルＣｅの複数が、酸
素極に臨む側に酸素含有ガス流路ｓを形成し、且つ、燃
料極に臨む側に燃料ガス流路ｆを形成するように区画す
る流路形成部材Ｒを、隣接するセル間に位置させた状態
で、互いに間隔を隔てて厚み方向に並べて設けられ、隣
接するセルＣｅ同士が導電状態に接続された燃料電池に
おいて、隣接するセル間Ｃｅに、周囲と熱伝導が可能な
状態で熱伝導体Ｄが設けられ、放熱手段Ｈが、並設され
たセル群の外部に位置し、且つ、熱伝導体Ｄとの間で熱
伝導が可能な状態で設けられ、その放熱手段Ｈが、熱伝
導体Ｄからの伝導熱を放熱するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解質層の一方の
面に酸素極を備え且つ他方の面に燃料極を備えた板状の
セルの複数が、前記酸素極に臨む側に酸素含有ガス流路
を形成し、且つ、前記燃料極に臨む側に燃料ガス流路を
形成するように区画する流路形成部材を、隣接するセル
間に位置させた状態で、互いに間隔を隔てて厚み方向に
並べて設けられ、隣接するセル同士が導電状態に接続さ
れた燃料電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる燃料電池において、従来は、隣接
するセル間に、冷却水が通流する冷却水通流部を設け、
その冷却水通流部に冷却水を通流させて、冷却水の蒸発
に伴う気化熱奪取により、燃料電池のセルを冷却するよ
うにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来で
は、隣接するセル間に冷却水通流部を設けて、その冷却
水通流部に冷却水を通流させる必要があり、構成が複雑
になって価格が高くなるという問題があった。

【０００４】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、燃料電池のセルを冷却するため
の構成を簡略化して、コストダウンを図ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の特徴構
成によれば、セルから発生した熱は、熱伝導体に熱伝導
し、更に、熱伝導体から放熱手段に伝導して、放熱手段
によって、セル群の外部に放熱される。従って、従来の
ような冷却水通流部を設ける必要がないので、燃料電池
のセルを冷却するための構成を簡略化して、コストダウ
ンを図ることができるようになった。

【０００６】ところで、かかる燃料電池においては、セ
ル１個当たりの起電力は小さいので、所望の出力電力を
得るために、多数（例えば、１００〜３００個）のセル
を電気的に直列接続する状態で組み付ける必要がある。
ところが、セルの中には所期の性能が得られない不良の
セルが含まれているので、燃料電池を構成する全てのセ
ルを一挙に組み付けてから検査を行う製造形態では、不
良のセルが混ざってしまう可能性が高くなり、生産歩留
りが低くなるという問題が生じる。又、多数のセルを一
挙に組み付けてから検査を行って、所期の性能が得られ
ない場合、不良セルの特定は容易でなく、しかも、不良
セルの交換作業が複雑となり、これらが相まって、生産
性が低くなる。

【０００７】請求項２に記載の特徴構成によれば、燃料
電池全体を構成する複数のセルが、複数のグループに分
割され、分割されたグループ夫々の複数のセルがセル保
持部材によって保持される状態で組み付けられ、且つ、
セル並び方向の両端部に電力取り出し用の端子部が設け
られることにより、セルモジュールが形成され、それら
複数のセルモジュールの複数が、隣接するもの同士が隣
接する端子部同士で導電状態に接続される状態で、セル
並び方向に並置される。セルモジュールを構成するセル
の個数は、燃料電池全体を構成するセルの個数よりも少
ないので、燃料電池を構成する全てのセルを一挙に組み
付ける場合に比べて、不良セルが混ざる可能性が低く、
従って、セルモジュールの良品率は高くなる。そして、
セルモジュール単位で検査を行い、所期の性能が得られ
たセルモジュールだけを上述のように並置すればよいの
で、生産歩留りを向上することができる。

【０００８】又、セルモジュールの検査で、セルモジュ
ールとして所期の性能が得られない場合でも、セルモジ
ュールを構成するセルの個数は、燃料電池全体を構成す
るセルの個数よりも少ないため、不良セルの特定は簡単
になり、しかも、不良セルの交換作業も簡単になるの
で、生産性を向上することができる。

【０００９】そして、端子部は、金属や導電性を備えた
セラミック等で構成され、いずれも熱伝導性に優れてい
るので、端子部を熱伝導体として機能させることが可能
である。従って、生産歩留り及び生産性を向上できる製
造形態を可能にしながら、その製造形態を可能にするた
めに設けた端子部を熱伝導体に兼用させることができる
ので、生産性向上及びコストダウンの両立を図ることが
できる。

【００１０】ところで、かかる燃料電池においては、流
路形成部材を導電性を備えるように構成し、その流路形
成部材と燃料極との間に、気体の通流を許容するように
形成された柔軟性導電材を充填して、それらの間におけ
る燃料ガスの通流を可能にしながら、それらを導電状態
に接続したり、又は、その流路形成部材と酸素極との間
に、前記柔軟性導電材を充填して、それらの間における
酸素含有ガスの通流を可能にしながら、それらを導電状
態に接続したりすることが行われる。この場合、柔軟性
導電材を、流路形成部材及び燃料極に対して、広い接触
面積で且つ確実に接触させたり、又は、流路形成部材及
び酸素極に対して、広い接触面積で且つ確実に接触させ
ることができるので、内部抵抗が小さくなって、その
分、出力を増大させることができるという利点がある。

【００１１】請求項３に記載の特徴構成によれば、熱伝
導体が柔軟性導電材の内部に設けられているので、柔軟
性導電材の柔軟性によって、熱伝導体と柔軟性導電材と
を、広い接触面積で且つ確実に接触させることができる
ようになり、それらの間の熱伝導を向上させることがで
きる。従って、柔軟性導電材を流路形成部材と燃料極と
の間、又は、流路形成部材と酸素極との間に充填した構
成において、本発明を実施すると、簡単な構成で、セル
冷却能力を更に向上することができる。

【００１２】請求項４に記載の特徴構成によれば、熱伝
導体が金属製であり、その金属製の熱伝導体が、電気絶
縁部材を介して、電気的に絶縁状態で放熱手段に接続さ
れている。金属は、熱伝導率が高く、しかも低価格であ
るので、セル冷却能力及びコストダウンの両立を図るこ
とができる。又、金属製の熱伝導体と放熱手段とは、電
気的に絶縁状態で接続されているので、性能上問題とは
ならない。

【００１３】請求項５に記載の特徴構成によれば、熱伝
導体からの伝導熱が、流体案内部を通流する冷却用流体
に伝導し、その冷却用流体が冷却手段にて冷却されるこ
とにより、熱伝導体からの伝導熱が放熱される。従っ
て、冷却用流体の流動によって、熱伝導体からの伝導熱
を効果的に搬送することができるので、セル冷却能力を
更に向上することができる。

【００１４】請求項６に記載の特徴構成によれば、熱伝
導体からの伝導熱が、伝熱部材に伝導し、その伝熱部材
が冷却手段にて冷却されることにより、熱伝導体からの
伝導熱が放熱される。従って、本発明を、流体を一切用
いることなく実施することができるので、本発明を実施
するためのコストを低減することができる。

【００１５】ところで、燃料電池の出力の変動に応じ
て、セルからの発熱量が変動するので、燃料電池の出力
の調整を行うときには、セルの温度を適切に調整するた
めに、セルを冷却するためのセル冷却能力を調整する必
要がある。これに対して、従来のように、冷却水通流部
に冷却水を通流させて、冷却水の蒸発に伴う気化熱奪取
により、燃料電池のセルを冷却する構成では、以下のよ
うに、出力の調整の面で改善の余地があった。即ち、冷
却水の温度は冷却水の圧力に応じて変動するが、冷却水
の圧力は冷却水通流部の耐圧の面から殆ど変化させるこ
とができないので、冷却水の温度変化は小さくなる。従
って、冷却能力が略一定となるため、出力の変動が大き
くなると、セルの温度を適切に調整できなくなる虞があ
り、出力の調整幅を広くするという面で改善の余地があ
った。

【００１６】請求項７に記載の特徴構成によれば、放熱
手段の放熱能力を調整することにより、熱伝導体の温度
を調整することができるので、セル冷却能力を調整する
ことができる。従って、燃料電池の出力の変動に伴っ
て、セルからの発熱量が変動しても、放熱手段の放熱能
力を調整することにより、セルの温度を適切に調整する
ことが可能であるので、出力の調整幅を従来よりも広く
することができるようになった。

【００１７】

【発明の実施の形態】

〔第１実施形態〕以下、図１ないし図５に基づいて、本
発明の第１の実施の形態を説明する。固体電解質層１の
一方の面に酸素極２を備え且つ他方の面に燃料極３を備
えた板状のセルＣｅの複数を、酸素極２に臨む側に酸素
含有ガス流路ｓを形成し、且つ、燃料極３に臨む側に燃
料ガス流路ｆを形成するように区画する流路形成部材Ｒ
を、隣接するセルＣｅ間に位置させた状態で、互いに間
隔を隔てて厚み方向に並べて設け、隣接するセルＣｅ同
士を導電状態に接続してある。

【００１８】本発明においては、隣接するセルＣｅ間
に、周囲と熱伝導が可能な状態で、熱伝導体Ｄを設け、
放熱手段Ｈを、並設されたセル群の外部に位置させ、且
つ、熱伝導体Ｄと熱伝導が可能な状態で設け、その放熱
手段Ｈを、熱伝導体Ｄからの伝導熱を放熱するように構
成してある。

【００１９】本第１実施形態においては、流路形成部材
Ｒは導電性を備えた導電性セパレータ４にて構成し、そ
の導電性セパレータ４を、セルＣｅにおける酸素極２に
臨む側に、酸素含有ガス流路ｓを区画形成すべく、且
つ、酸素極２と導電状態に接続すべく付設してある。更
に、導電性セパレータ４と燃料極３との間に、燃料ガス
流路ｆを形成するとともに、導電性セパレータ４と燃料
極３との間に、気体の通流を許容するように形成した柔
軟性導電材７を充填して、導電性セパレータ４と燃料極
３とを導電状態に接続してある。それによって、隣接す
るセルＣｅ同士を導電状態に接続してある。熱伝導体６
は、柔軟性導電材７の内部に設けてある。

【００２０】先ず、図５に基づいて、燃料電池のセルＣ
ｅについて説明を加える。平面形状が矩形板状の固体電
解質層１の一方の面に、固体電解質層１における向かい
合う一対の側縁夫々に側縁全長にわたる電解質層露出部
１ａを形成する状態で、膜状又は板状の酸素極２を一体
的に付設し、且つ、他方の面に膜状又は板状の燃料極３
を、全面又はほぼ全面にわたって一体的に付設して、酸
素極２と燃料極３とから起電力を得るための矩形三層板
状のセルＣｅを形成してある。

【００２１】導電性セパレータ４は、板状部４ａと、そ
の板状部４ａの両端に夫々位置する一対の帯状突起部４
ｂと、それら一対の帯状突起部４ｂの間に位置する複数
の凸条部４ｃを備える状態で導電性材料にて一体形成し
てある。その導電性セパレータ４を、複数の凸条部４ｃ
夫々が酸素極２と接触する状態で、一対の帯状突起部４
ｂ夫々を両電解質層露出部１ａ夫々に貼り付けることに
より、セパレータ付セルＣを形成してある。

【００２２】そして、酸素極２と導電性セパレータ４と
を導電状態に接続するとともに、酸素極２と導電性セパ
レータ４との間に、セパレータ付セルＣにおける一方の
向かい合う一対の端面において開いた酸素含有ガス流路
ｓを区画形成してある。尚、以下の説明においては、セ
パレータ付セルＣにおいて、酸素含有ガス流路ｓが開い
た端縁を開口端縁、酸素含有ガス流路ｓが開いた端面を
開口端面、及び、酸素含有ガス流路ｓが閉じた端面を閉
塞端面と夫々略記する。

【００２３】導電性セパレータ４、固体電解質層１及び
燃料極３の４箇所の角部は、切り落とした形状の傾斜状
にしてあり、これによって、詳しくは後述するが、セパ
レータ付セルＣの閉塞端面の両端部夫々に、傾斜部Ｃｓ
を形成してある。

【００２４】固体電解質層１は、３〜１０モル％程度の
Ｙｔを固溶させた正方晶又は立方晶のＺｒＯ₂から成
り、酸素極２はＬａＭｎＯ₃から成り、、燃料極３はＮ
ｉとＺｒＯ₂のサーメットから成る。又、導電性セパレ
ータ４は、耐酸化性及び耐還元性に優れたＬａＣｒＯ₃
から成る。

【００２５】次に、図１ないし図４に基づいて、セパレ
ータ付セルＣの複数を、電気的に直列接続する状態で、
厚み方向に並置してセル集合体ＮＣを形成するための構
造について説明する。図中の５は、セパレータ付セルＣ
における一対の開口端縁夫々に配置する矩形板状のセル
保持部材である。このセル保持部材５には、セパレータ
付セルＣの開口端縁を入れる切り込み部５ａと、その切
り込み部５ａに臨み、且つ、セル保持部材５の厚さ方向
に貫通する孔５ｂを形成してある。切り込み部５ａに
は、その切り込み部５ａに入れられるセパレータ付セル
Ｃの開口端縁の両端夫々に隣接する閉塞端面に夫々密着
させる一対の当て付け面５ｃを備えさせてあり、又、切
り込み部５ａは、セパレータ付セルＣの厚さと略同一深
さに形成してある。更に、一対の当て付け面５ｃを、セ
ル保持部材５の厚さ方向視において、セパレータ付セル
Ｃの開口端縁から離間するほど互いに近接する傾斜状に
形成してあり、その傾斜状の当て付け面５ｃに密着させ
ることが可能なように、セパレータ付セルＣの閉塞端面
の両端夫々に、傾斜部Ｃｓを形成してある。又、セル保
持部材５における切り込み部５ａを形成した端面には、
後述する供給用燃料側ガス通路Ｆｉ形成用の凹溝５ｍを
形成してある。

【００２６】そして、複数のセパレータ付セルＣを、夫
々の燃料極３を切り込み部５ａの外側に向けて、夫々の
両側の開口端縁夫々を一対のセル保持部材５夫々の切り
込み部５ａに入れた状態で、一対のセル保持部材５に保
持させて、厚み方向に並置し、並びに、セル並び方向に
隣接するセパレータ付セルＣ間に、導電性部材７を充填
してセル集合体ＮＣを形成する。

【００２７】セパレータ付セルＣの開口端縁をセル保持
部材５の切り込み部５ａに入れる際には、セル保持部材
５をセパレータ付セルＣの開口端縁に対して押し付ける
ことにより、セパレータ付セルＣの両側の閉塞端面の傾
斜部Ｃｓ夫々に、当て付け面５ｃを夫々密着させる。

【００２８】そして、切り込み部５ａを形成することに
より残されたセル保持部材５の厚みが薄い薄肉部分５ｄ
により、セル並び方向に隣接するセパレータ付セルＣ間
の間隔を保持し、その薄肉部分５ｄにより隣接するセパ
レータ付セルＣ間の両側面を仕切ることにより、隣接す
るセパレータ付セルＣ間に燃料ガス流路ｆを形成してい
る。燃料ガス流路ｆは、セパレータ付セルＣの両方の開
口端面側において閉じてあり、セパレータ付セルＣの両
方の閉塞端面側において開けてある。

【００２９】熱伝導体Ｄは、所定の個数置きの、隣接す
るセパレータ付セルＣ間（以下、単に「セパレータ付セ
ル間」と略記する）に設けてある。以下、熱伝導体Ｄの
設置構成について説明を加える。熱伝導体Ｄを、所定の
個数置きのセパレータ付セル間に設ける場合、熱伝導体
Ｄの間に位置する複数のセパレータ付セルＣのうち、セ
ル並び方向の略中央に位置するものが最も温度が高くな
るので、セル並び方向の略中央に位置するセパレータ付
セルＣの温度が適切になるように、前記所定の個数を設
定する。

【００３０】熱伝導体Ｄは、金属製の板状体６にて構成
してあり、その板状体６にはセパレータ付セル間から突
出する接続部６ｃを備えさせてある。複数のセパレータ
付セル間のうちの、板状体６を設置するセパレータ付セ
ル間には、一対の間隔保持部材８夫々を一対のセル保持
部材５夫々と重なる状態で設けて、セパレータ付セルＣ
間の間隔を広げ、その部分に、板状体６を、セル並び方
向両側の柔軟性導電材７と接触させる状態で設けてあ
る。そして、柔軟性導電材７を通じて、周囲の熱が板状
体６に伝導するようにしてある。

【００３１】間隔保持部材８は、セル並び方向視におけ
る外形形状が、セル保持部材５と同様となる矩形板状に
形成するとともに、セル並び方向視において、セル保持
部材５の孔５ｂに重なる状態で孔８ｂを、及び、凹溝５
ｍに重なる状態で凹溝８ｍを夫々形成してある。

【００３２】金属製の板状体６は、還元雰囲気に曝され
るので、耐熱性及び電気伝導性に優れたＮｉにて形成し
てある。セル保持部材５及び間隔保持部材８は、耐熱性
及び電気絶縁性を備えたセラミック材から成る。

【００３３】次に、図２ないし図４に基づいて、セル集
合体ＮＣにおけるセル並び方向の端部から電力を取り出
すための構成について説明する。セル集合体ＮＣにおけ
るセル並び方向の両端部のセパレータ付セルＣ夫々に対
して、導電性フェルト状材１２を接触させる状態で設
け、更に、集電部支持部材１３に支持させた集電部１１
を、導電性フェルト状材１２に接触させる状態で設け
て、集電部１１によって、電力を取り出すように構成し
てある。

【００３４】説明を加えると、集電部１１は、集電部支
持部材１３の両側に夫々位置する集電板１１ａ及び端子
板１１ｂと、端子板１１ｂ及び集電部支持部材１３を貫
通する状態で集電板１１ａに螺合して、集電板１１ａ及
び端子板１１ｂを導電状態に接続するとともに、集電板
１１ａ及び端子板１１ｂを集電部支持部材１３に一体的
に取り付ける金属製のボルト１１ｃにて構成してある。

【００３５】セル集合体ＮＣにおけるセル並び方向の両
端部において、一対の集電部保持部材９夫々を、一対の
セル保持部材５夫々に重ねる状態で設ける。集電部保持
部材９は、セル並び方向視における外形形状が、セル保
持部材５の外形形状と同様の板状に形成してある。又、
集電部保持部材９には、集電部１１を支持させた集電部
支持部材１３の端縁を入れる切り込み部９ａを形成して
ある。又、集電部保持部材９には、セル並び方向視にお
いて、セル保持部材５の凹溝５ｍに重なる状態で凹溝９
ｍを形成してある。又、セル集合体ＮＣにおけるセル並
び方向の一方の端部に設ける集電部保持部材９には、セ
ル並び方向視において、セル保持部材５の孔５ｂと同一
形状で且つ重なる状態で、孔９ｂを形成してある。

【００３６】そして、集電部１１を支持させた集電部支
持部材１３を、その両側の端縁夫々を一対の集電部保持
部材９夫々の切り込み部９ａに入れた状態で、且つ、導
電性フェルト材１２が集電部１１の集電板１１ａ及びセ
パレータ付セルＣに接触する状態で、一対の集電部保持
部材９に保持させて設けてある。

【００３７】セル保持部材５夫々の凹溝５ｍ、間隔保持
部材８の凹溝８ｍ及び集電部保持部材９の凹溝９ｍを、
セル並び方向に一連に連ならせて、後述する供給用燃料
側ガス通路Ｆｉ形成用の凹溝Ｍ１を一対形成してある。
又、セル集合体ＮＣにおいて、セル保持部材５夫々の孔
５ｂ、間隔保持部材８の孔８ｂ及び集電部保持部材９の
孔９ｂがセル並び方向に一連に連なって、酸素含有ガス
流路ｓ夫々に連通する通路が二つ形成され、一方の通路
を供給用酸素側ガス通路Ｓｉとして使用し、他方の通路
を排出用酸素側ガス通路Ｓｅとして使用する。そして、
孔９ｂを形成していない方の集電部保持部材９にて、両
方の酸素側ガス通路Ｓｉ，Ｓｅを閉塞するようにしてあ
る。

【００３８】集電部保持部材９及び集電部支持部材１３
は、耐熱性及び電気絶縁性を備えたセラミック材から成
る。集電部１１の集電板１１ａ、端子板１１ｂ及びボル
ト１１ｃ夫々はＮｉから成り、導電性フェルト材１２は
Ｎｉのフェルト状材から成る。

【００３９】次に、図１ないし図４に基づいて、燃料電
池の全体構成について説明する。上述のように構成した
セル集合体ＮＣを基台１４上に載置する。基台１４の上
面には、両端部が一対の集電部保持部材９夫々の凹溝９
ｍに連なる状態で、凹溝１４ｍを形成してある。側壁部
１５ａと蓋部１５ｂとをＬ字状に備えた隔壁部材１５
を、側壁部１５ａの端縁を一対の凹溝Ｍ１夫々、及び、
基台１４の凹溝１４ｍに挿入し、且つ、蓋部１５ｂを一
対の集電部保持部材９、及び、集電部支持部材１３に重
ねた状態で設けることにより、燃料ガス流路ｆ夫々に連
通する供給用燃料側ガス通路Ｆｉを区画形成してある。

【００４０】更に、セル集合体ＮＣを内装する状態で、
有底角筒状体１６を基台１４上に載置してある。つま
り、基台１４、有底角筒状体１６により箱状体Ｂを形成
してあり、セル集合体ＮＣを箱状体Ｂの内部に設けてあ
る。セパレータ付セルＣ夫々の燃料ガス流路ｆの一方の
開口部は、箱状体Ｂの内部に臨む状態となっている。そ
して、箱状体Ｂの内部空間を、燃料ガス流路ｆ夫々に連
通する排出用燃料側ガス通路Ｆｅとして使用するように
構成してある。

【００４１】供給用酸素側ガス通路Ｓｉには酸素含有ガ
ス供給管２０を、排出用酸素側ガス通路Ｓｅには酸素含
有ガス排出管２１を、基台１４を介して、夫々連通接続
してある。又、供給用燃料側ガス通路Ｆｉには燃料ガス
供給管２２を、排出用燃料側ガス通路Ｆｅには燃料ガス
排出管２３を、基台１４を介して、夫々連通接続してあ
る。

【００４２】次に、図４に基づいて、放熱手段Ｈについ
て説明を加える。棒状の伝熱部材４１を、熱伝導体６夫
々の接続部６ｃに、熱伝導に優れた電気絶縁部材４２を
介して、熱伝導可能で且つ電気的に絶縁状態で接続する
とともに、一端部を、基台１４を貫通させて、箱状体Ｂ
の外部に突出させた状態で設けてある。

【００４３】箱状体Ｂの外部に突出した伝熱部材４１の
端部には、複数の放熱用のフィン４３を付設してある。
放熱手段Ｈは、伝熱部材４１の端部に付設したフィン４
３と、そのフィン４３に対して通風するように設けた送
風機４４にて構成してある。そして、送風機４４にてフ
ィン４３に通風することにより、セル集合体ＮＣの内部
で発生した熱を、板状体６、電気絶縁部材４２及び伝熱
部材４１を通じて、フィン４３にまで伝導させて、フィ
ン４３から放熱するように構成してある。

【００４４】〔第２実施形態〕以下、図６ないし図８に
基づいて、本発明の第２の実施の形態について説明す
る。上記の第１実施形態と同様に、セルＣｅ及びセパレ
ータ付セルＣを構成してある。セル集合体ＮＣを構成す
る複数のセパレータ付セルＣを、複数のグループに分割
する。そして、分割した複数のグループ夫々の複数のセ
パレータ付セルＣを、上記の第１実施形態と同様に、セ
ル保持部材５によって保持する状態で組み付け、且つ、
セル並び方向の両端部に、上記の第１実施形態と同様
に、端子部としての集電部１１を支持させた集電部支持
部材１３を一対の集電部保持部材９に保持させて設け
て、セルモジュールＣＭを形成してある。そして、その
セルモジュールＣＭの複数を、隣接するもの同士が隣接
する集電部１１同士で導電状態に接続される状態で、セ
ル並び方向に並置して、セル集合体ＮＣを構成してあ
る。そして、集電部１１を、熱伝導体Ｄとして機能させ
るように構成してある。

【００４５】隣接するセルモジュールＣＭ同士は、一対
の集電部保持部材９夫々に重なる状態で設けた一対のモ
ジュール接続部材１７にて接続する。隣接する集電部１
１の間には、それらを導電状態に接続する柔軟性導電材
１８を充填してある。

【００４６】モジュール接続部材１７には、セル並び方
向視において、集電部保持部材９の孔９ｂと同一形状で
且つ重なる状態で、孔１７ｂを、及び、凹溝９ｍに重な
る状態で凹溝１７ｍを夫々形成してある。従って、隣接
するセルモジュールＣＭの供給用酸素側ガス通路Ｓｉ同
士、及び、排出用酸素側ガス通路Ｓｅ同士は、夫々、モ
ジュール接続部材１７の孔１７ｂにて連通接続される。
セル保持部材５夫々の凹溝５ｍ、セル保持部材８の凹溝
８ｍ、集電部保持部材９の凹溝９ｍ及びモジュール接続
部材１７の凹溝１７ｍを、セル並び方向に一連に連なら
せて、供給用燃料側ガス通路Ｆｉ形成用の凹溝Ｍ１を一
対形成してある。

【００４７】上述のように構成したセル集合体ＮＣを、
第１実施形態と同様に、基台１４上に載置するととも
に、隔壁部材１５を設けて、燃料ガス流路ｆ夫々に連通
する供給用燃料側ガス通路Ｆｉを区画形成してある。
尚、セルモジュールＣＭの上部には、供給用酸素側ガス
通路Ｓｉ及び排出用酸素側ガス通路Ｓｅ夫々を閉塞する
閉塞板１９を設けてある。

【００４８】更に、第１実施形態と同様に、セル集合体
ＮＣを内装する状態で、有底角筒状体１６を基台１４上
に載置することにより、セル集合体ＮＣを箱状体Ｂの内
部に設けてある。そして、箱状体Ｂの内部空間を、燃料
ガス流路ｆ夫々に連通する排出用燃料側ガス通路Ｆｅと
して使用するように構成してある。

【００４９】次に、図８に基づいて、放熱手段Ｈについ
て説明を加える。棒状の伝熱部材４１を、各集電部１１
の端子板１１ｂに、熱伝導に優れた電気絶縁部材４２を
介して、熱伝導可能で且つ電気的に絶縁状態で接続する
とともに、一端部を、基台１４を貫通させて、箱状体Ｂ
の外部に突出させた状態で設けてある。

【００５０】箱状体Ｂの外部に突出した伝熱部材４１の
端部には、複数の放熱用のフィン４３を付設してある。
放熱手段Ｈは、伝熱部材４１の端部に付設したフィン４
３、そのフィン４３を浸漬して冷却するための冷却用水
を貯留する貯留槽４５、その貯留槽４５の冷却用水を循
環させる循環路４６、その循環路４６に介装した循環ポ
ンプ４７、その循環路４７に設けた熱交換器４８、及
び、その熱交換器４８に通風して、熱交換器４８中を通
流する冷却用水を冷却するための冷却手段としての送風
機４４にて構成してある。

【００５１】〔第３実施形態〕以下、図９に基づいて、
本発明の第３の実施の形態について説明する。流路形成
部材Ｒとして、セルＣｅの酸素極２に臨む側に酸素含有
ガス流路ｓを形成すべく配置する酸素側流路形成部Ｒｓ
と、燃料極３に臨む側に燃料ガス流路ｆを形成すべく配
置する燃料側流路形成部Ｒｆにて構成してある。そし
て、複数のセルＣｅ、複数の酸素側流路形成部材Ｒｓ及
び複数の燃料側流路形成部材Ｒｆを、隣接するセルＣｅ
間に酸素側流路形成部材Ｒｓ及び燃料側流路形成部材Ｒ
ｆが位置する状態で、セルＣｅの厚み方向に密着状態で
並べてある。

【００５２】更に、詳述はしないが、酸素含有ガス流路
ｓ夫々に酸素含有ガスを供給するための供給用酸素側ガ
ス通路Ｓｉ、酸素含有ガス流路ｓ夫々から酸素含有ガス
を排出させるための排出用酸素側ガス通路Ｓｅ、燃料ガ
ス流路ｆ夫々に燃料ガスを供給するための供給用燃料側
ガス通路Ｆｉ、及び、燃料ガス流路ｆ夫々から燃料ガス
を排出させるために排出用燃料側ガス通路Ｆｅを設けて
ある。

【００５３】熱伝導体Ｄは、上記の第１実施形態と同様
に、金属製の板状体６にて構成し、その板状体６を、所
定の個数置きの、隣接するセルＣｅ間（以下、単に「セ
ル間」と略記する）に設けてある。

【００５４】複数のセル間のうちの、板状体６を設置し
ないセル間に設ける、酸素側流路形成部材Ｒｓ及び燃料
側流路形成部材Ｒｆは、それらを以下のように一体的に
備えた一体型導電性セパレータ２４にて構成してある。
即ち、一体型導電性セパレータ２４は、導電性を備えた
矩形板状体の一方の面に、酸素含有ガス流路ｓとして機
能させる複数の凹溝を並べて形成し、他方の面に、酸素
含有ガス流路ｓとして機能させる凹溝とは直交する状態
で、燃料ガス流路ｆとして機能させる複数の凹溝を並べ
て形成して構成してある。

【００５５】複数のセル間のうちの、板状体６を設置す
るセル間に設ける、酸素側流路形成部材Ｒｓ及び燃料側
流路形成部材Ｒｆは、以下のように構成してある。酸素
側流路形成部材Ｒｓは、導電性を備えた矩形板状体の一
方の面に、酸素含有ガス流路ｓとして機能させる複数の
凹溝を並べて形成した、酸素側導電性セパレータ２５に
て構成してある。燃料側流路形成部材Ｒｆは、隣接する
酸素側導電性セパレータ２５とセルＣｅとの間に、燃料
ガス流路ｆを形成すべく互いに間隔を隔てて配置される
一対の間隔保持部材２６にて構成してある。更に、一対
の間隔保持部材２６の間には、隣接する酸素側導電性セ
パレータ２５とセルＣｅの燃料極３とに接触する状態
で、柔軟性導電材７を充填して、酸素側導電性セパレー
タ２５と燃料極３とを導電状態に接続してある。板状体
６は、柔軟性導電材７中に設けてある。

【００５６】次に、放熱手段Ｈについて説明を加える。
冷却用水を通流させるように構成した流体案内部として
の冷却管４９を、板状体６夫々の接続部６ｃに、熱伝導
に優れた電気絶縁部材４２を介して、熱伝導可能な状態
で且つ電気的に絶縁状態で接続して設けてある。放熱手
段Ｈは、前記の冷却管４９、その冷却管４９に通流する
冷却用水を貯留する貯留槽４５、その貯留槽４５の冷却
用水を冷却管４９に循環供給する循環路４６、その循環
路４６に介装した循環ポンプ４７、その循環路４７に設
けた熱交換器４８、及び、その熱交換器４８に通風し
て、熱交換器４８中を通流する冷却用水を冷却するため
の冷却手段としての送風機４４にて構成してある。

【００５７】〔第４実施形態〕以下、図１０に基づい
て、本発明の第４の実施の形態について説明する。流路
形成部材Ｒとして、セルＣｅの酸素極２に臨む側に酸素
含有ガス流路ｓを形成すべく配置する酸素側流路形成部
Ｒｓと、燃料極３に臨む側に燃料ガス流路ｆを形成すべ
く配置する燃料側流路形成部Ｒｆにて構成してある。そ
して、複数のセルＣｅ、複数の酸素側流路形成部材Ｒｓ
及び複数の燃料側流路形成部材Ｒｆを、隣接するセルＣ
ｅ間に酸素側流路形成部材Ｒｓ及び燃料側流路形成部材
Ｒｆが位置する状態で、セルＣｅの厚み方向に密着状態
で並べてある。

【００５８】更に、詳述はしないが、供給用酸素側ガス
通路Ｓｉ、排出用酸素側ガス通路Ｓｅ、供給用燃料側ガ
ス通路Ｆｉ及び排出用燃料側ガス通路Ｆｅを設けてあ
る。

【００５９】熱伝導体Ｄは、上記の第１実施形態と同様
に、金属製の板状体６にて構成し、その板状体６を、所
定の個数置きのセル間に設けてある。

【００６０】酸素側流路形成部材Ｒｓ及び燃料側流路形
成部材Ｒｆは、以下のように構成してある。即ち、酸素
側流路形成部材Ｒｓは、導電性を備え、且つ、酸素極２
と間隔を隔てて対向状態で配置される板状体２７、その
板状体２７と酸素極２との間の間隔を保持し、且つ、酸
素含有ガス流路ｓを形成すべく互いに間隔を隔てて配置
される一対の間隔保持部材２８とから構成してある。燃
料側流路形成部材Ｒｆは、前記の板状体２７、その板状
体２７と燃料極３との間の間隔を保持し、且つ、燃料ガ
ス流路ｆを形成すべく互いに間隔を隔てて配置される一
対の間隔保持部材３０とから構成してある。

【００６１】更に、導電性を備えた波状材２９を、酸素
極２と板状体２７とに接触する状態で設けて、酸素極２
と板状体２７とを導電状態に接続してある。

【００６２】板状体６を設置しない部分に対応する燃料
側流路形成部材Ｒｆについては、導電性を備えた波状材
３１を、燃料極３と板状体２７とに接触する状態で設け
て、燃料極３と板状体２７とを導電状態に接続してあ
る。又、板状体６を設置する部分に対応する燃料側流路
形成部材Ｒｆについては、一対の間隔保持部材３０の間
に、燃料極３と板状体２７とに接触する状態で、柔軟性
導電材７を充填して、燃料極３と板状体２７とを導電状
態に接続してある。板状体６は、柔軟性導電材７中に設
けてある。放熱手段Ｈは、第２実施形態と同様に構成し
てあるので、説明を省略する。

【００６３】〔別実施形態〕次に別実施形態を説明す
る。（イ）熱伝導体としての金属製の板状体６の形状は、
上記の各実施形態において例示した形状以外にも、種々
の形状が可能である。例えば、柔軟性導電材７と接触す
る面を凹凸面に形成することにより、柔軟性導電材７と
の接触面積を広くして、柔軟性導電材７からの熱伝導を
向上させてもよい。

【００６４】（ロ）上記の各実施形態においては、熱
伝導体ＤをＮｉにて形成することにより、熱伝導体Ｄに
導電性を備えさせる場合について例示したが、熱伝導体
Ｄに導電性を備えさせるために適用する材料は、種々変
更可能である。例えば、Ｎｉ以外の耐還元性に優れた金
属や、導電性を備えたセラミックでもよい。

【００６５】（ハ）上記の第１、第３及び第４の各実
施形態においては、熱伝導体Ｄに導電性を備えさせる場
合について例示したが、熱伝導体Ｄには導電性を備えさ
せなくてもよい。但し、この場合は、柔軟性導電材７に
て、隣接する流路形成部材Ｒと燃料極３とを導電状態に
接続するように構成する必要がある。

【００６６】（ニ）上記の第１、第３及び第４の各実
施形態においては、熱伝導体Ｄを燃料ガス流路ｆ内に設
ける場合について例示したが、これに代えて、酸素含有
ガス流路ｓ内に設けてもよい。この場合、熱伝導体Ｄ
は、酸化雰囲気に曝されるので、熱伝導体Ｄには耐酸化
性を備えさせる必要がある。あるいは、燃料ガス流路ｆ
内及び酸素含有ガス流路ｓ内の両方に設けてもよい。

【００６７】（ホ）流路形成部材Ｒとして、セルＣｅ
の酸素極２に臨む側に酸素含有ガス流路ｓを形成すべく
配置する酸素側流路形成部Ｒｓと、燃料極３に臨む側に
燃料ガス流路ｆを形成すべく配置する燃料側流路形成部
Ｒｆとを別体で構成し、それら酸素側流路形成部Ｒｓと
燃料側流路形成部Ｒｆとの間に、夫々と接触させて、導
電性を備えた熱伝導体Ｄを設けてもよい。

【００６８】（ヘ）上記の第２実施形態において、セ
ルモジュールＣＭ内の、隣接するセパレータ付セルＣ間
に、上記の第１実施形態と同様に熱伝導体Ｄとしての板
状体６を設け、その板状体６も、棒状の伝熱部材４１に
電気絶縁部材４２を介して接続してもよい。

【００６９】（ト）上記の第１、第３及び第４の各実
施形態において、熱伝導体Ｄを、所定の個数置きのセル
間に設ける場合、何個置きに設けるかは、セルＣｅの発
熱量や放熱手段Ｈの放熱能力等に応じて、適宜設定する
ことができる。あるいは、全てのセル間に設けてもよ
い。（チ）上記の各実施形態において、熱伝導体Ｄの間に
位置する複数のセルＣｅのうち、セル並び方向の略中央
に位置するものの温度を検出する温度センサを設け、そ
の温度センサの検出温度が設定温度になるように、放熱
手段Ｈの放熱能力を制御するように構成してもよい。こ
の場合、燃料電池の出力の変動に伴うセルの温度の調整
を、一層精度良く行うことができるので、発電効率を一
層向上することができる。

【００７０】（リ）放熱手段Ｈの具体構成は、上記の
各実施形態において例示した構成に限定されるものでは
なく、種々の構成が可能である。例えば、熱伝導体Ｄ夫
々からの伝導熱を放熱する放熱フィンを設け、放熱手段
Ｈとして、放熱フィンを冷却する手段、例えば、放熱フ
ィンに通風する送風機４４設けずに、放熱フィンのみで
構成してもよい。

【００７１】あるいは、送風機４４にて通風される空気
を冷却する手段、例えば、空調装置を設けてもよい。

【００７２】（ヌ）上記の第１実施形態において、セ
パレータ付セルＣは、導電性セパレータ４を、セルＣｅ
における酸素極２に臨む側に、酸素含有ガス流路ｓを区
画形成すべく付設して構成する場合について例示した
が、これに代えて、セルＣｅにおける燃料極３に臨む側
に、燃料ガス流路ｆを区画形成すべく付設して構成して
もよい。そして、セパレータ付セルＣの複数を、隣接す
るもの同士に酸素含有ガス流路ｓを形成すべく、互いに
間隔を隔てた状態で厚み方向に並べて設け、並びに、隣
接するセパレータ付セルＣ間に、気体の通流を許容する
ように形成した柔軟性導電材を充填して、その柔軟性導
電材の内部に熱伝導体Ｄを設ける。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態にかかる燃料電池の要部の分解斜
視図

【図２】第１実施形態にかかる燃料電池の横断平面図

【図３】図２のイ−イ矢視図

【図４】図２のロ−ロ矢視図

【図５】第１実施形態にかかる燃料電池のセルを示す斜
視図

【図６】第２実施形態にかかる燃料電池のセルモジュー
ルを示す分解斜視図

【図７】第２実施形態にかかる燃料電池の縦断正面図

【図８】第２実施形態にかかる燃料電池の縦断側面図

【図９】第３実施形態にかかる燃料電池の分解斜視図

【図１０】第４実施形態にかかる燃料電池の分解斜視図

【符号の説明】

１電解質層２酸素極３燃料極５セル保持部材７柔軟性導電材１１端子部４１伝熱部材４２電気絶縁部材４４冷却手段４９流体案内部ｆ燃料ガス流路ｓ酸素含有ガス流路ＣｅセルＣＭセルモジュールＤ熱伝導体Ｈ放熱手段Ｒ流路形成部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解質層の一方の面に酸素極を備え且つ
他方の面に燃料極を備えた板状のセルの複数が、前記酸
素極に臨む側に酸素含有ガス流路を形成し、且つ、前記
燃料極に臨む側に燃料ガス流路を形成するように区画す
る流路形成部材を、隣接するセル間に位置させた状態
で、互いに間隔を隔てて厚み方向に並べて設けられ、隣接するセル同士が導電状態に接続された燃料電池であ
って、隣接するセル間に、周囲と熱伝導が可能な状態で熱伝導
体が設けられ、放熱手段が、前記並設されたセル群の外部に位置し、且
つ、前記熱伝導体との間で熱伝導が可能な状態で設けら
れ、その放熱手段が、前記熱伝導体からの伝導熱を放熱する
ように構成されている燃料電池。
【請求項２】前記複数のセルが、複数のグループに分
割され、分割されたグループ夫々の複数の前記セルがセル保持部
材によって保持される状態で組み付けられ、且つ、セル
並び方向の両端部に電力取り出し用の端子部が設けられ
ることにより、セルモジュールが形成され、そのセルモジュールの複数が、隣接するもの同士が隣接
する端子部同士で導電状態に接続される状態で、セル並
び方向に並置され、前記端子部を、前記熱伝導体として機能させるように構
成されている請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】前記流路形成部材が導電性を備えるよう
に構成され、その流路形成部材と前記燃料極との間、又は、その流路
形成部材と前記酸素極との間に、気体の通流を許容する
ように形成された柔軟性導電材が充填され、前記熱伝導体が、前記柔軟性導電材の内部に設けられて
いる請求項１又は２記載の燃料電池。
【請求項４】前記熱伝導体が金属製であり、その金属製の熱伝導体が、電気絶縁部材を介して、電気
的に絶縁状態で前記放熱手段に接続されている請求項１
〜３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】前記放熱手段が、冷却用流体が通流する
ように構成され、且つ、前記熱伝導体に熱伝導可能な状
態で接続された流体案内部と、その流体案内部を通流す
る冷却用流体を冷却する冷却手段にて構成されている請
求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】伝熱部材が、前記熱伝導体に熱伝導可能
な状態で接続され、前記放熱手段が、前記伝熱部材を冷却する冷却手段にて
構成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃
料電池。
【請求項７】前記放熱手段が、放熱能力を調整可能な
ように構成されている請求項１〜６のいずれか１項に記
載の燃料電池。