JPH10275626A

JPH10275626A - 積層燃料電池

Info

Publication number: JPH10275626A
Application number: JP9080256A
Authority: JP
Inventors: Toshio Shinoki; 俊雄篠木; Tatsunori Okada; 達典岡田; Tetsuya Yagi; 哲也八木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】マニホールド接続部材や端部部材の電解質に
よる腐食を簡単な方法で防止する。【解決手段】電解質板３５をアノード電極３６とカソ
ード電極３３で挟んだ単電池をセパレータ板１８を介し
て積層し、これを電池端部であるアノード端板３９とカ
ソード端板４６で挟み、アノード電極およびカソード電
極にそれぞれアノードガスおよびカソードガスを導くア
ノードガス流路３７およびカソードガス流路３４を有す
る電池積層体、該電池積層体を各端板の両側から挟み込
むアノード側端部部材およびカソード側端部部材、並び
に各ガス流路にそれぞれのガスを供給・排出するそれぞ
れのマニホールド４１を備え、電池外部から各マニホー
ルドへそれぞれのガスの給排を行なうそれぞれのマニホ
ールド給排機構４４と各マニホールドとの接続を全てカ
ソード端板またはカソード側端部部材で行なった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層燃料電池に関
し、特にマニホールドの接続部や端部部材の電解質に対
する腐食対策に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３は例えば特開平５−２２５９９７
号公報に示された第１の従来例による積層燃料電池を示
す構成図であり、図において、１および２は締付架構、
３は締付ロッド、４はナット、５は加圧バネ、６は上部
締付板、７は下部締付板、８および９は断熱材、１０、
１１、１２ならびに１３は柔軟性を有するチューブ、１
４、１５、１６ならびに１７はガスヘッダである。

【０００３】次に図１３の構造について説明する。燃料
電池の単電池をセパレータ板を介して積層してなるスタ
ックＳを、薄板とした上下の締付板６と７で挾持させ、
且つこれら上下の締付板６と７の外側に高温でも若干の
弾性を有するセラミックス断熱材８、９を配置し、上下
の断熱材８、９と上下の締付板６、７とスタックＳを積
層した状態で上下の締付架構１、２間に設置し、上下の
締付架構１、２同士を、加圧バネ５付きの締付ロッド３
を介して締め付け、スタックＳに一定の締付力を付与さ
せるようにした構成である。

【０００４】また、図１４は例えば特開平７−２３０８
２１号公報に示された第２の従来例による積層燃料電池
を説明する構成図であり、また、図１５はマニホールド
からのガス給排気管接続部の拡大図である。図におい
て、１８はセパレータ板、１９はマニホールドリング、
６は上部締付板、７は下部締付板、２０は起電部分、２
１はマニホールド部分、２２は締付ベローズ、２３は集
電端板、２４，２５は電気絶縁板、２６は弾性体であ
る。２７は電池ユニットであり、電池積層体を複数のユ
ニットに分けて構成している。２８は各電池ユニットの
マニホールドにガスを給排する中間ヘッダー、２９は燃
料ガス、３０は燃料ガス配管、３１は伸縮継手、３２は
伸縮管である。

【０００５】次に図１４および図１５の構造について説
明する。スタックにおいて、局所的に起電部分２０に高
さの高いところがあると、その周辺部に締付圧のかから
ないところが生じるため、電気集電端板２３と電気絶縁
板２４の間に弾性体２６を介装する。この弾性体２６は
自由に変形可能なものであるので、起電部分２０におい
て局所的に高さの高いところでは弾性体２６が収縮変形
して、起電部分２０全体により均一な締付圧を作用さ
せ、起電部分２０の密着性を向上させるよう構成したも
のである。また、ガス給排気用中間ヘッダー２８と電池
ユニット２７の間を繋ぐ配管には弾性体２６によって伸
縮可能なように伸縮管３２を使用している。

【０００６】また、図１６は第３の従来例によるウエッ
トシール内部マニホールドタイプの積層燃料電池を説明
する構造図であり、図において、３３はカソード電極、
３４はカソードガス流路、３５は電解質板、３６はアノ
ード電極、３７はアノードガス流路、３８はレール支持
材、３９はアノード端板、１８０はレール部である。４
０は耐電解質腐食処理（以下、耐食処理と略す）部であ
り、アノード端板３９に隣接するレール部１８０からア
ノード端板３９の側面にかけて施されている。４１はガ
ス給排気マニホールド、４２はヒータ板、４３は断熱
材、４４はマニホールドガス給排気配管である。

【０００７】次に図１６の構造について説明する。ウエ
ットシール内部マニホールドタイプの燃料電池の場合、
電解質による腐食反応を抑止するために、例えばセパレ
ータ板１８表面、アノード端板３９表面、およびマニホ
ールド４１周辺部材等が直接電解質に接する部分および
その近傍に耐食性部材を使用するかまたは耐食処理をす
る。また、電池積層体の両端部である端板３９は、電解
質の浸透等を考慮して側面に耐食処理４０を施してお
り、その長さは経験的に端部の電解質板３５から６０ｍ
ｍ程度以上としている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】例えば、溶融炭酸塩型
燃料電池を考えると、電池アノードおよびカソードで
は、発電状態で以下の反応が進行する。（アノード）Ｈ₂ ＋ＣＯ₃ ^2- ⇔ Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂ ＋２ｅ^- （カソード） 1/2Ｏ₂ ＋ＣＯ₂ ＋２ｅ^- ⇔ ＣＯ₃ ^2- 従って、電位的な見地から電解質は電池反応に伴って電
解質板３５内をカソード３３からアノード３６へ移動す
るため、セパレータ板１８のアノード側ならびにアノー
ド端板３９周辺部材は電解質雰囲気に浸されやすくな
る。

【０００９】第１の従来例による積層型燃料電池は、ス
タック締付板６，７部が１５ｍｍ以下でかつその外側に
セラミックス断熱材８，９が配置された構成となってい
る。締付板６，７に電解質に対する腐食対策がなされて
いなければ締付板６，７が直接腐食される。一方、電解
質腐食対策がなされていても上記締付板６，７外側に設
置された断熱材８，９までの表面距離が電解質伝播を防
ぐのに必要とされる距離に対して十分でない。また断熱
材８，９は多孔質であることから電解質を吸収しやすい
性質を有する。この結果、電解質が断熱材８，９に浸透
し断熱材８，９自身が脆性化し、その柔軟性を失うばか
りかその周辺部材の腐食を進行させる。一方、電池反応
部では電解質が不足し特性低下を招く等の問題があっ
た。一般に、電解液で満たされる電解質板は内部抵抗を
低く抑えるため2mm以下の厚さで製作される。一方、ス
タック上下端に設けられた断熱材８，９は、放熱を防ぐ
ために100mm以上の厚さが必要である。ゆえに、単純に
厚みだけで考えても、片側の端部の断熱材で単電池50枚
以上の電解質を保持できることになる。表１にステンレ
ス母材表面にアルミを溶射後に熱処理をして拡散層を形
成するという耐食処理を施した端板表面での電解質浸透
性を3KW〜100KWクラスの溶融炭酸塩型燃料電池スタック
にて運転時間約2000〜13000程度の試験終了後に分析し
た結果を示す。なお、試験は内部改質型および外部改質
型、内部マニホールド型および外部マニホールド型のそ
れぞれについて行なった。表からも明らかなように、ア
ノード側では電解質の浸透性が大きく耐食処理を施した
表面を伝った浸透を防ぐには約60mm以上の距離が必要で
ある。特に電解質の吸収性に優れた部材が隣接した場
合、約80mm以上の距離が確保されなければならない。つ
まりスタック締付板６，７が必要以上に薄い場合、電解
質の浸透を防止する有効長さが不十分となるため締付板
６，７部の表面を伝って電解質が浸透し、電解質保持能
力が高い断熱材８，９に移動する。その結果、断熱材
８，９自身が脆性になり柔軟性が失われるばかりかそれ
に接する部材例えば加圧板等は、電解質によって腐食雰
囲気にさらされることになる。特に、アノード端板側
は、電解質雰囲気にさらされ易く、腐食の進行度が激し
い。一方、カソード端板側では電解質の吸収性を有さな
い部材を使用すれば約20mm以上、仮に吸収性に富んだ部
材を使用しても、約40mm以上の有効長さを確保できれば
良いことが表１より分かる。

【００１０】

【表１】

【００１１】また、第２の従来例による積層型燃料電池
では、第１の従来例と同様、弾性体２６が電解質雰囲気
に浸されるため、電気集電板２３および弾性体２６材料
に耐食処理を施すかもしくは電解質に対する耐腐食性材
料（以下、耐食性材料と略す）を使用しなければなら
ず、余分な製造コストがかかった。また、内部マニホー
ルド方式における配管との取出し接合部での耐食処理も
複雑な手順が必要であった。実際、例えばアノード端板
側よりガスを給排気する場合、マニホールドと配管の接
合部、集電端板および伸縮管３２には電解質に対して耐
食処理を施すかまたは耐食性材料を使用しなければなら
ない。伸縮管３２に耐食性材料例えばアルミ含有合金を
使用する場合、溶接が困難であるばかりか部材の曲げ強
度が低下し熱伸縮性に対して脆性化する。また、均一な
厚みの伸縮管３２を製作するのが難しいことから割れが
発生しやすくなる。さらに伸縮管３２は一般的な金属材
料を素材としても高価である上に、材料素材及び加工・
製作の両面から、よりコスト高となる。一方、電解質に
対する耐食処理を施す場合、表面が比較的脆性化される
ため例えば伸縮管３２は繰返しの曲げや伸縮に対して処
理表面に亀裂が入り易く、その亀裂部が母材まで進行す
ることで腐食が発生しやすくなる。また、伸縮管３２に
耐食処理を施すこと自体、死角が生じるため均一な処理
が困難でありまた欠陥も発生しやすい。一般に電解質に
対する耐食処理は、表面にアルミ拡散層を形成して耐食
性を高める方法がある。母材例えばステンレス表面にア
ルミを付着させた後に熱処理をして拡散層を形成させ
る。部材組立作業において、集電端板と伸縮管３２を接
合した後に電解質に対する耐食処理をする手順では、部
材のハンドリングが不安定、表面処理時ならびに熱処理
時等に部材の設置方法が複雑になるなど実用的でない。
一方、各部材を一度耐食処理をした後接合する場合、接
合面の耐食性が別途問題となる。従って、接合部に改め
て耐食処理を施さなければならず製作工数の増加、コス
ト高、そしてハンドリングの不安定性等の問題が発生す
る。

【００１２】また、第３の従来例による積層型燃料電池
では、端板３９部に電解質板３５より約60mmの長さ分以
上の耐食処理を施す必要があるため端板３９自体を厚く
設計しなければならなかった。結果として端板３９自体
が重量物になり、また上記処理を施さなければならない
ことから部材製造および電池組立て時のハンドリングに
難があるばかりか製作コストも高くつくなどの問題があ
った。実際、ステンレスの部材を使用した場合、１m²級
の単電池を構成する端板３９は約１トンの重量となる。
耐食処理を施す熱処理工程で炉のベッドに載せた場合ベ
ッド自体がたわむなどの問題が生じ、より耐荷重性に優
れたベッドが要求される。また、熱処理工程に限らず部
材の上げ下ろしおよび反転にはクレーン等の設備が必要
となり、ハンドリングに時間がかかり、結果的に製作コ
ストの上昇につながる。また、重量当りの単価基準で考
えると材料コストも高くつく。

【００１３】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、マニホールド接続部材や端部部
材の電解質による腐食を簡単な方法で防止し、耐食性に
優れた積層燃料電池を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、電解質板
をアノード電極とカソード電極で挟んだ単電池をセパレ
ータ板を介して積層し、これを電池端部であるアノード
端板とカソード端板で挟み、上記アノード電極およびカ
ソード電極にそれぞれアノードガスおよびカソードガス
を導くアノードガス流路およびカソードガス流路を有す
る電池積層体、該電池積層体を上記各端板の両側から挟
み込むアノード側端部部材およびカソード側端部部材、
並びに上記各ガス流路にそれぞれのガスを供給・排出す
るそれぞれのマニホールドを備えた積層燃料電池におい
て、電池外部から上記各マニホールドへそれぞれのガス
の給排を行なうそれぞれのマニホールド給排機構と各マ
ニホールドとの接続を全て上記カソード端板またはカソ
ード側端部部材で行なったものである。

【００１５】また、第２の発明は、電解質板をアノード
電極とカソード電極で挟んだ単電池をセパレータ板を介
して積層し、これを電池端部であるアノード端板とカソ
ード端板で挟み、上記アノード電極およびカソード電極
にそれぞれアノードガスおよびカソードガスを導くアノ
ードガス流路およびカソードガス流路を有する電池積層
体、該電池積層体を上記各端板の両側から挟み込むアノ
ード側端部部材およびカソード側端部部材、上記電池積
層体に挿入され直接パイプで供給される燃料ガスを改質
して上記アノードガス流路に供給する改質器、並びに上
記カソードガス流路にカソードガスを供給・排出するマ
ニホールドおよび上記アノードガス流路のアノードガス
を排出するマニホールドを備えた内部改質方式の積層燃
料電池において、電池外部から上記各マニホールドへそ
れぞれのガスの給排を行なうそれぞれのマニホールド給
排機構と各マニホールドとの接続を全て上記カソード端
板またはカソード側端部部材で行なったものである。

【００１６】また、第３の発明は、マニホールドは電池
積層体内部を積層方向に貫通する形で構成されているも
のである。

【００１７】また、第４の発明は、電解質板をアノード
電極とカソード電極で挟んだ単電池をセパレータ板を介
して積層し、これを電池端部であるアノード端板とカソ
ード端板で挟み、上記アノード電極およびカソード電極
にそれぞれアノードガスおよびカソードガスを導くアノ
ードガス流路およびカソードガス流路を有する電池積層
体、該電池積層体を上記各端板の両側から挟み込むアノ
ード側端部部材およびカソード側端部部材、並びに上記
各ガス流路にそれぞれのガスを供給・排出するマニホー
ルドを備えた積層燃料電池において、少なくとも上記ア
ノード側端部部材に電解質が漏洩するのを防止する電解
質遮蔽体を備えたものである。

【００１８】また、第５の発明は、電解質遮蔽体は電池
積層体の側面から突出した縁を有するものである。

【００１９】また、第６の発明は、縁は電池積層体の積
層面に対して端部部材側に屈曲しているものである。

【００２０】また、第７の発明は、縁は端板または端板
に隣接されたレールと一体的に形成されているものであ
る。

【００２１】また、第８の発明は、縁は、耐食性材料ま
たは電解質に対する耐食処理を施した非耐食性材料で形
成されているものである。

【００２２】また、第９の発明は、電解質に対する耐食
処理は縁の一部を除いて施されているものである。

【００２３】また、第１０の発明は、カソード側の端部
部材には電解質に対する耐食処理を施さないまたは耐食
性材料を用いないものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１による積層
燃料電池の要部の構成を示す断面図である。図におい
て、１８はセパレータ板、１８０はレール部、２４は電
気絶縁板、３１は伸縮配管、３３はカソード電極、３４
はカソードガス流路、３５は電解質板、３６はアノード
電極、３７はアノードガス流路、３８はレール部１８０
に充填されたレール支持材、３９はアノード端板、４１
はガス給排気マニホールド、４２はヒータ板、４３は断
熱材、４４はマニホールドガス給排気配管、４５は加圧
板、４６はカソード端板である。

【００２５】本実施の形態では、電解質板３５をアノー
ド電極３６とカソード電極３３で挟んだ単電池をセパレ
ータ板１８を介して積層し、これを電池端部であるアノ
ード端板３９とカソード端板４６で挟み、アノード電極
３６およびカソード電極３３にそれぞれアノードガスお
よびカソードガスを導くアノードガス流路３７およびカ
ソードガス流路３４を設けて電池積層体を構成してい
る。また、電気絶縁板２４、ヒータ板４２、断熱材４
３、および加圧板４５により電池積層体を各端板３９，
４６の両側から挟み込むアノード側端部部材およびカソ
ード側端部部材を構成している。また、マニホールド４
１は電池積層体内部を積層方向に貫通する形で構成され
た内部マニホールドであり、マニホールドガス給排気配
管４４との接続は伸縮配管３１を介してカソード端板４
６で行われている。なお、図では１つのマニホールドに
ついてしか記載していないが全てのマニホールドのマニ
ホールドガス給排気配管との接続が図と同様にカソード
端板４６で行われている。

【００２６】電池積層体のカソード側端部について詳細
に説明すると、カソード電極３３、カソードガス流路３
４、レール部１８０、レール支持材３８およびカソード
端板４６からなるカソード端板ユニットＵ１と、通常の
セパレータ板ユニットＵ２とが電解質板３５を挟んで対
向配置されている。上記ユニットＵ１，Ｕ２間では電位
差を有しており、特に溶融炭酸塩型燃料電池の場合、カ
ソード側からアノード側へ電解質が移動する。従って、
カソード端板４６側はアノード端板３９に比べて電解質
雰囲気から遠隔となる。そこで、電解質の少ないカソー
ド端板４６側よりガスを排気することでプロセスガスの
流れに起因する電解質の消耗ならびに電位的に起る電解
質の漏洩を抑止することができ、電池反応部での電解質
不足による特性低下を防ぐことができる。同時に、ガス
給排気用配管３１，４４における接合部やその近傍での
耐食処理が不要となり、製作コスト低減および接合部で
の腐食に起因する電池特性の低下を軽減できる。

【００２７】なお、単電池を多数積層する場合には、図
１５で示したように、電池積層体を複数のユニット２７
に分け、これらのユニット２７を中間ヘッダ２８を介し
て積層する場合があるが、この場合も各ユニット２７の
マニホールドへのガスの給排気はカソード端板や中間ヘ
ッダ２８を含めたカソード側端部部材で行なうとよく、
上記と同様の効果が得られる。

【００２８】実施の形態２．図２は本発明の実施の形態
２による積層燃料電池の要部の構成を示す断面図であ
る。図において、４１０はマニホールド接続配管であ
り、カソード端板４６に例えば溶接等により接合され、
上部締付板６、電気絶縁板２４、ヒータ板４２、および
断熱材４３を貫通して電池積層体外部に延び、マニホー
ルド４１と伸縮配管３１とを接続している。燃料電池の
場合、電解質による腐食反応を抑止するために、例えば
セパレータ板１８表面、アノード端板３９表面、および
マニホールド４１周辺部材等が直接電解質に接する部分
およびその近傍に耐食性部材を使用するかまたは耐食処
理をするのは従来と同様であり、以下の実施の形態では
特に説明しないが同様である。本実施の形態では、カソ
ード端板４６側の耐食処理４０は最小限にとどめ、アノ
ード端板３９側のみ図１６で示したような従来通りの耐
食処理４０を施している。実際に本方式を採用した積層
燃料電池は、カソード端板４６は耐食処理４０を施した
6mmの厚さの部材とし、処理を施さない10mmのステンレ
ス母材である上部締付け板６との組合せで構成した。約
2,600時間運転経過後の分析結果で、上部締付け板６に
は電解質の浸透は見られなかった。また、耐食処理を施
さなかった配管４１０とカソード端板４６との溶接部も
問題は見られなかった。本実施の形態のようにカソード
端板４６に６mmと薄い板を用いることで電池運転に伴う
の熱歪でカソード端板４６が反った場合にも容易にその
反りを押さえることができる。なお、スタック面圧の管
理範囲（約１〜３Kg/cm²）でカソード端板４６の歪を抑
え込むには15mm以下が望ましいことが、例えば第１の従
来例で示した特開平５−２２５９９７号公報に記載され
ている。

【００２９】実施の形態３．図３は本発明の実施の形態
３による積層燃料電池の要部の構成を示す断面図であ
る。図において、４７はカソード端板４６およびアノー
ド端板３９の外側にそれぞれ配置された電解質遮蔽体で
あり、電池積層体の側面から突出した縁４７０を有す
る。２６は弾性体であり、電解質遮蔽体４７と上部締付
板６および下部締付板７との間にそれぞれ挿入されてい
る。電解質遮蔽体４７は、端板３９，４６表面を伝わっ
てくる電解質の浸透を遮蔽し、端部部材（弾性体２６、
締付板６，７、電気絶縁板２４、ヒータ板４２、断熱材
４３、および加圧板４５等）ならびに配管３１，４４接
続部等の部材が腐食雰囲気に侵されるのを防止する。ま
た、端板３９，４６自体の薄板化が図れ、ハンドリング
が容易で熱歪による反りも小さくなる。さらに、電解質
遮蔽体４７の外側に配した構成部材に電解質に対する耐
食処理が不要となり、締付板等の重量部材へ耐食処理が
不要になることから、ハンドリングが容易になるととも
に製作コストの低減になる。もちろん耐食性部材を用い
なくてもよいため、安価な材料が適用できる。さらに、
耐食処理の絶対必要長さに対して十分な距離が自由に設
定可能であることから、端部部材等の構造設計に自由度
が増し、薄板化が図れ部材精度の向上ならびに積層電池
全体の軽量化が図れる。本図ではスタックの両端部にお
いて、電解質板３５から電解質遮蔽体４７までの表面部
つまりレール部１８０の表面とアノード端板３９の側面
並びにカソード端板４６の側面について、特に明示して
いないが上記表面部に耐食性部材を使用するかまたは耐
食処理を施すことは従来と同じである。また、電解質遮
蔽体４７とアノード端板３９またはカソード端板４６を
単純に積層する場合は、背面つまり互いの接触面にも適
当な範囲で耐食性部材を使用するかまたは耐食処理を施
すことは言うまでもない。以下の実施の形態では特に説
明しないが同じである。なお、電解質遮蔽体４７は薄板
構造でも製作可能であり、耐食性材料を用いた場合、表
１より、端部の電解質板３５から端部部材までの距離を
カソード端板４６側で40mm以上、アノード端板３９側で
80mm以上確保できるように縁４７０の長さを設定すれ
ば、電解質の浸透がほとんどない状態が維持できる。ま
た、耐食性材料を用いる代わりに耐食処理を施しても同
様である。さらに、耐食処理を縁４７０の一部例えば先
端部を除いて施せば、漏洩した電解質がこの部分で非耐
食性材料と反応することにより消費されるので、電池積
層体に影響を与える部分での腐食を防止できる。なお、
耐食性材料としては例えばアルミ含有合金等の金属やタ
ンタル基含有複合材料等の複合材料やセラミックス等が
挙げられ、耐食処理としてはアルミ拡散層の形成等が挙
げられる。また、縁４７０を電池積層体の積層面に対し
て端部部材側に屈曲させることにより、屈曲させない場
合に比べて積層体側面からの突出長さが短くて電解質の
伝播距離を稼ぐことができ、さらに端部部材側に屈曲さ
せることにより電池積層体との短絡もしにくい。さら
に、電解質遮蔽体４７自身（すなわち縁４７０）が電解
質凝固点より低い温度となるような長さならびに温度が
確保できれば、電解質による浸透を完全に抑えることが
できる。

【００３０】実施の形態４．図４は本発明の実施の形態
４による積層燃料電池の要部の構成を示す断面図であ
る。本実施の形態では図３の締付板６，７や弾性体２６
が無く、端板３９，４６と絶縁板２４の間に電解質遮蔽
体４７を挿入しており、この場合にも上記実施の形態３
と同様に、電解質が端部部材（電気絶縁板２４、ヒータ
板４２、断熱材４３、および加圧板４５等）に漏洩する
のを防止でき、カソード端板４６およびアノード端板３
９に隣接した位置に電解質を吸収しやすい部材例えば断
熱材４３やマイカ部材でできたヒータ板４２等を配置す
るような構成とした積層電池を設計することが可能とな
る。なお、電解質遮蔽体４７に絶縁材料を使用するかも
しくは絶縁処理を施せば絶縁板２４は不要になる。

【００３１】実施の形態５．図５は本発明の実施の形態
５による積層燃料電池の要部の構成を示す断面図であ
り、端板３９、４６に縁４７０を溶接等により接合し
て、端板と電解質遮蔽板を一体として兼用した構造であ
る。これによって部材点数を減らして実施の形態３、４
と同等の効果が得られる。

【００３２】実施の形態６．図６は本発明の実施の形態
６による積層燃料電池の要部の構成を示す断面図であ
り、端板３９、４６を一回り大きく形成して縁４７０と
し、端板と電解質遮蔽板を一体として兼用した構造であ
る。簡単に形成でき、しかも部材点数を減らして実施の
形態３、４と同等の効果が得られる。なお、縁４７０を
例えばプレス等により実施の形態３〜５と同様に端部部
材側に屈曲させてもよい。

【００３３】実施の形態７．図７は本発明の実施の形態
７による積層燃料電池の要部の構成を示す断面図であ
り、レール１８０を延長して縁４７０とし、レールと電
解質遮蔽板を一体として兼用した構造である。簡単に形
成でき、しかも部材点数を減らして実施の形態３、４と
同等の効果が得られる。なお、縁４７０を例えばプレス
等により実施の形態３〜５と同様に端部部材側に屈曲さ
せてもよい。

【００３４】実施の形態８．図８は本発明の実施の形態
８による積層燃料電池の要部の構成を示す断面図であ
る。本実施の形態では、カソード端板４６側からマニホ
ールドガスの給排気を行い、またアノード端板３９側の
みに電解質遮蔽体４７を設けている。カソード端板４６
に接続されたマニホールド接続配管４１０が弾性体２
６、締付板６、絶縁板２４、ヒータ板４２、および断熱
材４３を貫通して外部につながる構成である。この場
合、アノード端板３９側には電解質遮蔽体４７で電解質
の浸透が防止できることから上記遮蔽体４７の外側に隣
接した位置に弾性体２６として電解質吸収性を有する例
えば断熱材を使用できる。また、カソード端板４６の外
側に特に電解質吸収性のない部材を使用するならば電解
質に対する耐食部４０の有効長さ（端部の電解質板３５
からの距離）を20mm程度以上とればカソード端板４６側
には電解質遮蔽体は不要となる。さらに、カソード端板
４６の厚みならびに耐食部４０長さを適当な値に設計に
すれば、配管接続溶接部にも電解質腐食への対策は不要
となる。

【００３５】実施の形態９．図９は本発明の実施の形態
９による積層燃料電池の要部の構成を示す断面図であ
る。本実施の形態では、上部締付板６にガス通過流路を
設け、この通過流路を経由してガスの給排気を行なうよ
うにしている。これによって断熱材４３の加工が不要と
なり、断熱材４３の割れ等が防止できるため、加圧板４
５から印加される締付け圧力に均一性が得られる。

【００３６】実施の形態１０．図１０は本発明の実施の
形態１０による積層燃料電池の要部の構成を示す断面図
である。本実施の形態では、カソード端板４６側である
上部締付板６にガス通過穴を設け、この通過穴にマニホ
ールド接続配管４１０を通してガスの給排気を行なうよ
うにしている。従って、締付板６とマニホールド接続配
管４１０は分離した構成である。これによってカソード
端板４６の熱歪みを積層電池外部の伸縮配管３１で吸収
させることができる。

【００３７】実施の形態１１．図１１は本発明の実施の
形態１１による積層燃料電池の要部の構成を示す断面図
である。本実施の形態では、カソード端板４６に接合さ
れたマニホールド接続配管４１０を、断熱材４３ならび
に上部加圧板４５を通過して積層電池外部に取り出すよ
うに構成している。カソード端板４６および加圧板４５
で加圧することで締付板が不要となる。また、マニホー
ルドと外部の間のレール部の印加に関して十分な締付け
圧力の伝達が行える。

【００３８】なお、上記実施の形態８〜１１では、電解
質遮蔽体４７をアノード端板３９側のみに設けた場合を
示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、カ
ソード端板４６側にも設けてもよい。また、ヒータ板４
２や絶縁板２４等の端部部材の配置ならびに構造は特に
限定されるものではない。さらに、電解質遮蔽体４７を
設けずにカソード端板４６外側に電解質吸収性のある材
料を用いるときは、耐食部長さを40mm以上として構成す
る。さらに、これらの実施の形態で耐食処理４０を施し
た場合を示したが、もちろんこれに限定されるものでは
なく耐食性材料を使用してもよい。

【００３９】実施の形態１２．図１２は本発明の実施の
形態１２による内部改質方式の積層燃料電池の構成を示
す斜視図である。図において、１は締付架構、３は締付
ロッド、４はナット、５は加圧バネ、３０は燃料ガス配
管、４８はアノードガス流路にアノードガスを供給する
アノードガス入口マニホールド、４９はアノードガスを
排出するアノードガス出口マニホールド、５０はカソー
ドガス流路にカソードガスを供給するカソードガス入口
マニホールド、５１はカソードガスを排出するカソード
ガス出口マニホールドである。５２は電池積層体に挿入
された平板状の改質器５２であり、燃料ガス配管３０で
直接供給される燃料ガスを改質してアノードガスとし、
アノードガス入口マニホールド４８からアノードガス流
路に供給する。本実施の形態では、燃料ガスの供給配管
３０は電池積層体のアノード入口マニホールド４８に直
接接続されない構成であるが、他のマニホールド給排気
配管とマニホールド４９，５０，５１との接続は全てカ
ソード端板４６側で行っている。また、電解質遮蔽体４
７をアノード端板３９の外側に設けている。よって、上
記各実施の形態と同様に、マニホールドの接続を電解質
プアーなカソード側で行なうことにより接続部材の電解
質による腐食を低減でき、さらに、特に電解質リッチと
なるアノード側においては電解質遮蔽体４７によって端
部部材が電解質によって腐食されるのを防止できる。

【００４０】なお、上記各実施の形態では、内部マニホ
ールド方式の場合について説明したが、電池積層体の側
面にマニホールドが取り付けられた外部マニホールド方
式の場合にも適用でき、この場合には電池外部から各マ
ニホールドへそれぞれのガスの給排を行なうそれぞれの
マニホールド給排機構と各マニホールドとの接続をカソ
ード端板側で行なうとよい。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、電
解質板をアノード電極とカソード電極で挟んだ単電池を
セパレータ板を介して積層し、これを電池端部であるア
ノード端板とカソード端板で挟み、上記アノード電極お
よびカソード電極にそれぞれアノードガスおよびカソー
ドガスを導くアノードガス流路およびカソードガス流路
を有する電池積層体、該電池積層体を上記各端板の両側
から挟み込むアノード側端部部材およびカソード側端部
部材、並びに上記各ガス流路にそれぞれのガスを供給・
排出するそれぞれのマニホールドを備えた積層燃料電池
において、電池外部から上記各マニホールドへそれぞれ
のガスの給排を行なうそれぞれのマニホールド給排機構
と各マニホールドとの接続を全て上記カソード端板また
はカソード側端部部材で行なったので、マニホールドの
接続を電解質プアーなカソード側で行なうことにより接
続部材の電解質による腐食を低減できる。

【００４２】また、第２の発明によれば、電解質板をア
ノード電極とカソード電極で挟んだ単電池をセパレータ
板を介して積層し、これを電池端部であるアノード端板
とカソード端板で挟み、上記アノード電極およびカソー
ド電極にそれぞれアノードガスおよびカソードガスを導
くアノードガス流路およびカソードガス流路を有する電
池積層体、該電池積層体を上記各端板の両側から挟み込
むアノード側端部部材およびカソード側端部部材、上記
電池積層体に挿入され直接パイプで供給される燃料ガス
を改質して上記アノードガス流路に供給する改質器、並
びに上記カソードガス流路にカソードガスを供給・排出
するマニホールドおよび上記アノードガス流路のアノー
ドガスを排出するマニホールドを備えた内部改質方式の
積層燃料電池において、電池外部から上記各マニホール
ドへそれぞれのガスの給排を行なうそれぞれのマニホー
ルド給排機構と各マニホールドとの接続を全て上記カソ
ード端板またはカソード側端部部材で行なったので、マ
ニホールドの接続を電解質プアーなカソード側で行なう
ことにより接続部材の電解質による腐食を低減できる。

【００４３】また、第３の発明によれば、マニホールド
は電池積層体内部を積層方向に貫通する形で構成されて
いるので、マニホールドの接続を電解質プアーなカソー
ド側で行なうことにより接続部材の電解質による腐食を
低減できる。

【００４４】また、第４の発明によれば、電解質板をア
ノード電極とカソード電極で挟んだ単電池をセパレータ
板を介して積層し、これを電池端部であるアノード端板
とカソード端板で挟み、上記アノード電極およびカソー
ド電極にそれぞれアノードガスおよびカソードガスを導
くアノードガス流路およびカソードガス流路を有する電
池積層体、該電池積層体を上記各端板の両側から挟み込
むアノード側端部部材およびカソード側端部部材、並び
に上記各ガス流路にそれぞれのガスを供給・排出するマ
ニホールドを備えた積層燃料電池において、少なくとも
上記アノード側端部部材に電解質が漏洩するのを防止す
る電解質遮蔽体を備えたので、特に電解質リッチとなる
アノード側において端部部材が電解質によって腐食され
るのを防止できる。

【００４５】また、第５の発明によれば、電解質遮蔽体
は電池積層体の側面から突出した縁を有するので、縁に
よって電解質の伝播距離を稼いで電解質の漏洩を防止で
きる。

【００４６】また、第６の発明によれば、縁は電池積層
体の積層面に対して端部部材側に屈曲しているので、縁
を屈曲させることにより積層体の体積をあまり大きくし
ないで電解質の伝播距離を稼ぐことができ、また、端部
部材側に屈曲させることにより電池積層体との短絡もし
難いという効果がある。

【００４７】また、第７の発明によれば、縁は端板また
は端板に隣接されたレールと一体的に形成されているの
で、縁を有する遮蔽体を挿入するのに比べて部品点数を
減らすことができる。

【００４８】また、第８の発明によれば、縁は、耐食性
材料または電解質に対する耐食処理を施した非耐食性材
料で形成されているので、長時間運転しても縁が腐食す
ることがない。

【００４９】また、第９の発明によれば、電解質に対す
る耐食処理は縁の一部を除いて施されているので、漏洩
した電解質が縁の非耐食性材料露出部と反応することに
より消費される、先端から他の部分に分散するのを防止
できる。

【００５０】また、第１０の発明によれば、カソード側
の端部部材には電解質に対する耐食処理を施さないまた
は耐食性材料を用いないので、電解質プアーなカソード
側は耐食処理や耐食性材料を用いなくても腐食の心配が
なく、製作コストの低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による積層燃料電池の
要部の構成を示す断面図である。

【図２】本発明の実施の形態２による積層燃料電池の
要部の構成を示す断面図である。

【図３】本発明の実施の形態３による積層燃料電池の
要部の構成を示す断面図である。

【図４】本発明の実施の形態４による積層燃料電池の
要部の構成を示す断面図である。

【図５】本発明の実施の形態５による積層燃料電池の
要部の構成を示す断面図である。

【図６】本発明の実施の形態６による積層燃料電池の
要部の構成を示す断面図である。

【図７】本発明の実施の形態７による積層燃料電池の
要部の構成を示す断面図である。

【図８】本発明の実施の形態８による積層燃料電池の
要部の構成を示す断面図である。

【図９】本発明の実施の形態９による積層燃料電池の
要部の構成を示す断面図である。

【図１０】本発明の実施の形態１０による積層燃料電
池の要部の構成を示す断面図である。

【図１１】本発明の実施の形態１１による積層燃料電
池の要部の構成を示す断面図である。

【図１２】本発明の実施の形態１２による積層燃料電
池の要部の構成を示す斜視図である。

【図１３】第１の従来例による積層燃料電池の構成図
である。

【図１４】第２の従来例による積層燃料電池の構成図
である。

【図１５】図１４の要部を拡大して示す断面図であ
る。

【図１６】第３の従来例による積層燃料電池の要部の
構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１，２締付架構、３締付ロット、４ナット、
５加圧バネ、６上部締付板、７下部締付板、
８，９断熱材、１０〜１３柔軟性チューブ、
１４〜１７ガスヘッダ、１８セパレータ板、１
８０レール、１９マニホールドリング、２０起
電部分、２１マニホールド部分、２４，２５電気
絶縁板、２６弾性体、２７電池ユニット、２
８中間ヘッダー、２９燃料ガス、３０燃料ガス
配管、３１伸縮配管、３２伸縮管、３３カソ
ード電極、３４カソードガス流路、３５電解質
板、３６アノード電極、３７アノードガス流
路、３８レール支持材、３９アノード端板、
４０耐食処理部、４１ガス給排気マニホールド、
４２ヒータ板、４３断熱材、４４マニホー
ルドガス給排気配管、４５加圧板、４６カソー
ド端板、４７電解質遮蔽体、４７０縁、４８
アノード入口マニホールド、４９アノード出口マ
ニホールド、５０カソード入口マニホールド、５
１カソード出口マニホールド、５２平板型改質
器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解質板をアノード電極とカソード電極
で挟んだ単電池をセパレータ板を介して積層し、これを
電池端部であるアノード端板とカソード端板で挟み、上
記アノード電極およびカソード電極にそれぞれアノード
ガスおよびカソードガスを導くアノードガス流路および
カソードガス流路を有する電池積層体、該電池積層体を
上記各端板の両側から挟み込むアノード側端部部材およ
びカソード側端部部材、並びに上記各ガス流路にそれぞ
れのガスを供給・排出するそれぞれのマニホールドを備
えた積層燃料電池において、電池外部から上記各マニホ
ールドへそれぞれのガスの給排を行なうそれぞれのマニ
ホールド給排機構と各マニホールドとの接続を全て上記
カソード端板またはカソード側端部部材で行なったこと
を特徴とする積層燃料電池。
【請求項２】電解質板をアノード電極とカソード電極
で挟んだ単電池をセパレータ板を介して積層し、これを
電池端部であるアノード端板とカソード端板で挟み、上
記アノード電極およびカソード電極にそれぞれアノード
ガスおよびカソードガスを導くアノードガス流路および
カソードガス流路を有する電池積層体、該電池積層体を
上記各端板の両側から挟み込むアノード側端部部材およ
びカソード側端部部材、上記電池積層体に挿入され直接
パイプで供給される燃料ガスを改質して上記アノードガ
ス流路に供給する改質器、並びに上記カソードガス流路
にカソードガスを供給・排出するマニホールドおよび上
記アノードガス流路のアノードガスを排出するマニホー
ルドを備えた内部改質方式の積層燃料電池において、電
池外部から上記各マニホールドへそれぞれのガスの給排
を行なうそれぞれのマニホールド給排機構と各マニホー
ルドとの接続を全て上記カソード端板またはカソード側
端部部材で行なったことを特徴とする積層燃料電池。
【請求項３】マニホールドは電池積層体内部を積層方
向に貫通する形で構成されていることを特徴とする請求
項１または２記載の積層燃料電池。
【請求項４】電解質板をアノード電極とカソード電極
で挟んだ単電池をセパレータ板を介して積層し、これを
電池端部であるアノード端板とカソード端板で挟み、上
記アノード電極およびカソード電極にそれぞれアノード
ガスおよびカソードガスを導くアノードガス流路および
カソードガス流路を有する電池積層体、該電池積層体を
上記各端板の両側から挟み込むアノード側端部部材およ
びカソード側端部部材、並びに上記各ガス流路にそれぞ
れのガスを供給・排出するマニホールドを備えた積層燃
料電池において、少なくとも上記アノード側端部部材に
電解質が漏洩するのを防止する電解質遮蔽体を備えたを
特徴とする積層燃料電池。
【請求項５】電解質遮蔽体は電池積層体の側面から突
出した縁を有することを特徴とする請求項４記載の積層
燃料電池。
【請求項６】縁は電池積層体の積層面に対して端部部
材側に屈曲していることを特徴とする請求項５記載の積
層燃料電池。
【請求項７】縁は端板または端板に隣接されたレール
と一体的に形成されていることを特徴とする請求項５ま
たは６記載の積層燃料電池。
【請求項８】縁は、耐食性材料または電解質に対する
耐食処理を施した非耐食性材料で形成されていることを
特徴とする請求項５ないし７の何れかに記載の積層燃料
電池。
【請求項９】電解質に対する耐食処理は縁の一部を除
いて施されていることを特徴とする請求項８記載の積層
燃料電池。
【請求項１０】カソード側の端部部材には電解質に対
する耐食処理を施さないまたは耐食性材料を用いないこ
とを特徴とする請求項１ないし９の何れかに記載の積層
燃料電池。