JPH10340736A - 燃料電池装置 - Google Patents

燃料電池装置

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JPH10340736A
JPH10340736A JP9147882A JP14788297A JPH10340736A JP H10340736 A JPH10340736 A JP H10340736A JP 9147882 A JP9147882 A JP 9147882A JP 14788297 A JP14788297 A JP 14788297A JP H10340736 A JPH10340736 A JP H10340736A
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JP
Japan
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end plate
fuel cell
fuel
oxidizing gas
cell device
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JP9147882A
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Mitsuie Matsumura
光家 松村
Tatsunori Okada
達典 岡田
Toshio Shinoki
俊雄 篠木
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した電流取り出しが可能な燃料電池装置
を得る。 【解決手段】 電解質板２７を燃料ガス電極２８と酸化
ガス電極２９で挟持するとともに、両電極２８、２９の
外側に燃料ガス流路および酸化ガス流路を設け、両流路
に燃料ガスおよび酸化ガスをそれぞれ流通させて化学反
応により発電させる平板状の燃料電池単電池３４を、複
数段積重して積重方向両側から酸化ガス電極２９または
燃料ガス電極２８のいずれかにそれぞれ接続される内端
板３６、３５および内端板３６、３５の外側に緩衝スペ
ーサ４１、４０を介して配設される外端板３９、３８が
積重されてなる一対の酸化ガス側端板４３および燃料ガ
ス側端板４２で挟持して所定の締付力を付与してなる燃
料電池積層体４４を備えた燃料電池装置において、酸化
ガス側端板４３の内端板３６より出力電流を導出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池単電池
を複数段積重し、両側から端板を介し締め付けて構成さ
れる燃料電池装置に係り、特に端板部の構造に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】図８は例えば特開平８−５５６３１号公
報に示された従来の燃料電池装置の概略構成を示す正面
図、図９は図８におけるＡ部の詳細を示す断面図、図１
０は燃料電池装置の端板の構成を示す断面図である。図
において、１はセラミックス多孔体に電解質であるアル
カリ炭酸塩が含浸された電解質板、２はＮｉ系の多孔性
部材でなる燃料ガス電極、３はＮｉＯ系の多孔性部材で
なる酸化ガス電極で、燃料ガス電極２とで電解質板１を
挟持するように配設されている。
【０００３】４は燃料ガス電極２の外側に配置され燃料
ガス流路を形成するコルゲート板、５は酸化ガス電極３
の外側に配置され酸化ガス流路を形成するコルゲート板
であり、これら両コルゲート板４、５の両電極２、３の
外縁から外方に延在するソフトフレーム７、６により周
囲を覆われている。そして、上記１〜５で燃料電池単電
池８が構成され、この燃料電池単電池８は所定の数だけ
複数段積重されている。９、１０は最上段および最下段
に配置される各燃料電池単電池８、８の各ソフトフレー
ム７、６と、その外側に配置される各端板基板１１、１
１とでそれぞれ形成される一対の内端板、１２、１３は
各内端板９、１０の外側に緩衝スペーサ１４を介してそ
れぞれ配置される一対の外端板であり、内端板９、緩衝
スペーサ１４および外端板１２で燃料ガス側端板１５
が、内端板１０、緩衝スペーサ１４および外端板１３で
酸化ガス側端板１６がそれぞれ構成されている。
【０００４】上記のようにして積重された燃料ガス側端
板１５、複数の燃料電池単電池８および酸化ガス側端板
で燃料電池積層体１７が構成され、その両側に断熱部材
１８、１８をそれぞれ配置するとともに、燃料ガス側端
板１５の上方に配置されたクッション部材１９を介して
締付機構２０により、燃料電池積層体１７には所定の圧
力が付与されている。２１は図１０に示すように外端板
１３内に形成され一端が外部に開口する第１の流路、２
２はこの第１の流路２１から上方に緩衝スペーサ１４お
よび内端板１０を横切るように貫通された第２の流路、
２３は一端が外端板１３に、他端が内端板１０にそれぞ
れ固着され第２の流路２２を囲繞するように配設される
金属製のベローズである。
【０００５】そして、これら２１〜２３で酸化ガスのガ
ス導入路２４が構成され、このガス導入路２４は燃料電
池積層体１７内に配設されるガスマニホルド２５を介し
て各燃料電池単電池８内のコルゲート板５内に連通され
ている。一方、第１の流路２１の開口端側は、外端板１
３に固着されたガス接続配管２６内を貫通する貫通穴２
６ａ内を介してガス供給源（図示せず）に連通されてい
る。なお、図１０は酸化ガス側端板１６の構成について
示されているが、燃料ガス側端板１５においても、図示
はしないが同様にしてガス導入路が構成され燃料ガス供
給源に連通されている。
【０００６】次に、上記のように構成された従来の燃料
電池装置の動作について説明する。まず燃料ガス側の導
入路（図示せず）および酸化ガス側のガス導入路２４か
らそれぞれ燃料ガスおよび酸化ガスを導入し、ガスマニ
ホルド２５を介してそれぞれガス流路を形成する各コル
ゲート板４、５内に流通させる。すると、各コルゲート
板４、５に隣接された燃料ガス電極２および酸化ガス電
極３では、それぞれ以下に示す電気化学反応が行われ電
流が生成される。 Ｈ2＋ＣＯ3 2-→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2＋２ｅ- １／２Ｏ2＋ＣＯ2＋２ｅ-→ＣＯ3 2- このようにして各燃料電池単電池８内でそれぞれ１Ｖ程
度の起電力が発生し、これら各燃料電池単電池８は複数
個が直列に接続され、燃料電池積層体１７の両端部に配
設される外端板１２、１３を介して、外端板１２側の電
流導出部材（図示せず）および外端板１３側の電流導出
部材２６から直流電流が導出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池装置は
以上のように、両端板１５、１６を構成する各内端板
９、１０、緩衝スペーサ１４および各外端板１２、１３
を導電性の金属材料で形成するとともに、各部材間を適
宜必要な個所において溶接接合し、電流導出部材までの
電流路を確保できるように構成されている。そして、燃
料電池積層体１７の動作温度は６００〜７００℃と高
く、各部材表面の酸化により表面部の電気抵抗が高くな
るため、各部材間の溶接接合は抵抗損失の小さい電流路
を確保するという点で必要不可欠である。
【０００８】しかしながら、このような溶接接合による
各部材間の拘束はコスト高となる上に、柔構造である多
層構造の長所を損なうとともに、緩衝スペーサ１４の材
料が導電性の金属材料に限定されるという制約があるた
め、両端板１５、１６の各内端板９、１０および各外端
板１２、１３の熱歪みによる反りを吸収し、燃料電池積
層体１７の締め付け面圧力を均一に保ち燃料電池単電池
８間の接触を良好に保つという本来の緩衝機能を十分に
得ることが困難である等という問題点があった。
【０００９】又、ガス導入路２４の気密性は、一端が外
端板２３に、他端が内端板１０にそれぞれ固着され、第
２の流路２２を囲繞するように配置される金属製のベロ
ーズ２３により保たれ、内端板１０の外端板１３に対す
る柔軟性もこのベローズ２３により確保されている。し
かしながら、ベローズ２３は他部材の伸縮の吸収を自身
の長さ方向の変形で行う構造となっているので、所定寸
法の伸縮を吸収するにはある程度のベローズ長さが必要
であるため、各外端板１２、１３を薄くすることが困難
であり、長時間の運転を考慮した厚めの肉厚のものが必
要になる等、特殊仕様のベローズが必要となりコスト高
が避けられないという問題点があった。
【００１０】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、良好な電気伝導性を保持し且つ
十分な柔構造機能を得ることが可能な端板を有する燃料
電池装置を提供することを目的とするものであり、又、
特殊なベローズ等の高価な部材を用いることなく且つ簡
素な構造で端板の薄型化が可能な柔軟な流路接続構造を
有する燃料電池装置を提供することを目的とするもので
ある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る燃料電池装置は、電解質板を燃料ガス電極と酸化ガス
電極で挟持するとともに、両電極の外側に燃料ガス流路
および酸化ガス流路を設け、両流路に燃料ガスおよび酸
化ガスをそれぞれ流通させて化学反応により発電させる
平板状の燃料電池単電池を、複数段積重して積重方向両
側から酸化ガス電極または燃料ガス電極のいずれかにそ
れぞれ接続される内端板および内端板の外側に緩衝スペ
ーサを介して配設される外端板が積重されてなる一対の
酸化ガス側端板および燃料ガス側端板で挟持して所定の
締付力を付与してなる燃料電池積層体を備えた燃料電池
装置において、端板の内端板より出力電流を導出するよ
うにしたものである。
【００１２】又、この発明の請求項２に係る燃料電池装
置は、請求項１において、緩衝スペーサをセラミックス
繊維材料で形成したものである。
【００１３】又、この発明の請求項３に係る燃料電池装
置は、請求項１において、内端板と緩衝スペーサとの間
に電解質耐食性に優れた金属製の板状部材を介在させた
ものである。
【００１４】又、この発明の請求項４に係る燃料電池装
置は、請求項３において、板状部材を緩衝スペーサの外
縁より外方に突出し且つ内端板から離れる方向に折曲し
て形成したものである。
【００１５】又、この発明の請求項５に係る燃料電池装
置は、請求項１において、緩衝スペーサを波状の金属製
の板状部材を複数段積重して形成したものである。
【００１６】又、この発明の請求項６に係る燃料電池装
置は、請求項５において、各波状部材の間に平板状部材
を介装させるようにしたものである。
【００１７】又、この発明の請求項７に係る燃料電池装
置は、請求項１において、出力電流の導出部を内端板の
複数箇所に設けるようにしたものである。
【００１８】又、この発明の請求項８に係る燃料電池装
置は、電解質板を燃料ガス電極と酸化ガス電極で挟持す
るとともに、両電極の外側に燃料ガス流路および酸化ガ
ス流路を設け、両流路に燃料ガスおよび酸化ガスをそれ
ぞれ流通させて化学反応により発電させる平板状の燃料
電池単電池を、複数段積重して積重方向両側から酸化ガ
ス電極または燃料ガス電極のいずれかにそれぞれ接続さ
れる内端板および内端板の外側に緩衝スペーサを介して
配設される外端板が積重されてなる一対の酸化ガス側端
板および燃料ガス側端板で挟持して所定の締付力を付与
してなる燃料電池積層体を備えた燃料電池装置におい
て、外端板内に形成され一端が外部に開口する第１の流
路と、第１の流路に連結され緩衝スペーサおよび内端板
を横切るように貫通された第２の流路と、一端が外端板
に固着され第２の流路を囲繞するように配設される筒状
部材および内周側が筒状部材の他端側に、外周側が内端
板にそれぞれ固着された弾性を有する円環状部材でなり
第２の流路を燃料電池積層体内に配設されるガスマニホ
ルドと連結させる連結部とでガス導入路を形成し、ガス
導入路から両ガスのいずれか一方をそれぞれ対応するガ
ス流路内に導入するようにしたものである。
【００１９】又、この発明の請求項９に係る燃料電池装
置は、請求項８において、ガス導入路を酸化ガス側端板
および燃料ガス側端板のいずれか一方にのみ設けるよう
にしたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１における
燃料電池装置の要部の構成を示す断面図である。図にお
いて、２７はセラミックス多孔体に電解質であるアルカ
リ炭酸塩が含浸された電解質板、２８はＮｉ系の多孔性
部材でなる燃料ガス電極、２９はＮｉＯ系の多孔性部材
でなる酸化ガス電極で、燃料ガス電極２８とで電解質板
２７を挟持している。３０は燃料ガス電極２８の外側に
配置され燃料ガス流路を形成するコルゲート板、３１は
酸化ガス電極２９の外側に配置され酸化ガス流路を形成
するコルゲート板であり、これら両コルゲート板３０、
３１は両電極２８、２９の外縁から外方に延在するソフ
トフレーム３２、３３により周囲を覆われている。
【００２１】そして、上記２７〜３１で燃料電池単電池
３４が構成され、この燃料電池単電池３４は所定の数だ
け複数段積重されている。３５、３６は最上段および最
下段に配置される各燃料電池単電池３４、３４の各ソフ
トフレーム３２、３３と、その外側に配置される各端板
基板３７、３７とで形成される一対の内端板で、電流導
出部材を兼ねている。３８、３９は各内端板３５、３６
の外側に緩衝スペーサ４０、４１を介してそれぞれ配置
される一対の外端板であり、内端板３５、緩衝スペーサ
４０および外端板３８で燃料ガス側端板４２が、内端板
３６、緩衝スペーサ４１および外端板３９で酸化ガス側
端板４３がそれぞれ構成されている。なお、上記緩衝ス
ペーサ４０、４１は例えばセラミックス繊維フェルト／
クロス材等のようなセラミックス繊維材料で形成されて
いる。
【００２２】上記のようにして積重された燃料ガス側端
板４２、複数の燃料電池単電池３４および酸化ガス側端
板４３で燃料電池積層体４４が構成され、その両側に図
示はしないが従来装置と同様にして、断熱部材をそれぞ
れ配置するとともに、クッション部材を介して締め付け
機構により、燃料電池積層体４４には所定の圧力が付与
されている。４５は外端板３９内に形成され一端が外部
に開口し、ガス接続配管４６を介して酸化ガス供給源
（図示せず）と連結される第１の流路、４７はこの第１
の流路４５から上方に緩衝スペーサ４１および内端板３
６を横切るように貫通された第２の流路、４８は一端が
外端板３９に固着され第２の流路４７を囲繞するように
配設される筒状部材、４９は内周側が筒状部材４８の他
端側に、外周側が内端板３６の端板基板３７にそれぞれ
固着された例えば板状バネ部材等のような弾性を有する
円環状部材で、筒状部材４８と共に連結部５０を構成し
ている。
【００２３】そして、これら４５、４７、５０で酸化ガ
スのガス導入路５１が構成され、このガス導入路５１は
燃料電池積層体４４内に配設されるマニホルド（図示せ
ず）を介して各燃料電池単電池３４内のコルゲート板３
１内にそれぞれ連通されている。なお、上記ガス導入路
５１は酸化ガスを導入するために設けられたものである
が、燃料ガスを導入するためのガス導入路も、図示はし
ないが酸化ガス側端板４３内に設けられており、ガス導
入路５１と同様に一方はガス接続配管を介して燃料ガス
供給源に、他方はマニホルドを介して各燃料電池単電池
３４内のコルゲート板３０内にそれぞれ連結されてい
る。
【００２４】次に、上記のように構成された実施の形態
１における燃料電池装置の動作について説明する。まず
燃料ガス側の導入路（図示せず）および酸化ガス側のガ
ス導入路５１からそれぞれ燃料ガスおよび酸化ガスを導
入し、ガスマニホルド（図示せず）を介してそれぞれガ
ス流路を形成する各コルゲート板３０、３１内に流通さ
せる。すると、各コルゲート板３０、３１に隣接された
燃料ガス電極２８および酸化ガス電極２９では、それぞ
れ以下に示す電気化学反応が行われ電流が生成される。 Ｈ2＋ＣＯ3 2-→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2＋２ｅ- １／２Ｏ2＋ＣＯ2＋２ｅ-→ＣＯ3 2- このようにして各燃料電池単電池３４内でそれぞれ１Ｖ
程度の起電力が発生し、これら各燃料電池単電池３４は
複数個が直列に接続され、燃料電池積層体４４の両端部
に配設される内端板３５、３６の各端板基板３７、３７
を介して直流電流が導出される。
【００２５】又、上記のように構成された実施の形態１
における燃料電池装置の各端板４２、４３においては、
内端板３５、３６の各端板基板３７は集電板としての機
能、緩衝スペーサ４０、４１および外端板３８、３９は
燃料電池積層体４４を締め付ける機能というように、機
能がそれぞれ分担されている。以下、端板基板３７およ
び緩衝スペーサ４０、４１について詳しく説明する。ま
ず、端板基板３７は熱歪みにより反った場合でも、締付
機構による締め付け面圧（１．５〜３．５ｋｇ／ｃｍ2
程度）で十分反りが矯正できるよう、厚みはできるだけ
薄い方が好ましく、また、集電板として機能する場合、
電流を導く導電経路の電圧低下を小さくする必要上、適
当な厚みを有することが望ましい等、厚みの選定は重要
である。
【００２６】そして、柔軟性の面から検討すると、例え
ば端板基板３７の熱歪矩形単位の代表長さが１ｍ程度、
燃料電池積層体４４の平均設定締め付け面圧が２ｋｇ／
ｃｍ2、端板基板３７の表裏面間の温度勾配が１．３℃
／ｃｍ2の場合、厚みとして１５ｍｍ以下程度が、柔軟
さの面から好ましい。又、集電板としての機能面から検
討すると、例えば電圧低下を０．１５Ｖ以下、平均電流
密度を０．１５Ａ／ｃｍ2とすると、最大集電距離が
０．７ｍの時の厚みは約２ｍｍ以上、最大集電距離が
１．４ｍの時の厚みは約９ｍｍ以上必要となり、端板基
板３７の厚みは最大集電距離に大きく依存し、端板基板
３７の辺の代表長さが１ｍ程度、最大集電距離が１．４
ｍ程度の場合、９〜１５ｍｍ程度の範囲の厚みが適切で
ある。
【００２７】次に、緩衝スペーサ４０、４１の機能は、
熱歪みや部材の加工歪み等の原因により現実的に不可避
に存在する部材表面の凹凸を吸収し、この凹凸に起因す
る内端板３５、３６と外端板３８、３９の間の締め付け
面圧のばらつきを解消することにある。図２中の曲線Ａ
はセラミックス繊維フェルト／クロス材等のようなセラ
ミックス材料で形成された緩衝スペーサ４０、４１の面
圧に対する縮み率を、曲線Ｂは従来から用いられている
金属材料で形成された緩衝スペーサ（コルゲート板形
状、１．７ｍｍ高さ、１層）の縮み率をそれぞれ示す。
【００２８】図から明らかなように、セラミックス繊維
材料で形成された緩衝スペーサ４０、４１は従来のもの
と比較し数十倍の可撓性を有しており、凹凸を吸収する
緩衝材としての機能が大きい。これは、セラミックス繊
維材料は繊維内および繊維間に微細な空隙を多く有して
おり、面圧印加時に個々の繊維がバネのように面圧に応
じて適宜屈曲し、全体的には空隙率が減少するためであ
り、電池の動作状態における２〜３ｋｇ／ｃｍ2程度の
面圧での締め付け状態においては、例えば空隙率が８０
〜９０％程度まで減少して厚みが収縮し可撓性を示す。
【００２９】そして、現実的なコストでの加工面から言
えば１ｍ2級の平板部材では例えば±０．２ｍｍの凹凸
が考えられ、また、昇温等の非定常動作時には最大０．
５ｍｍ程度の反りが端板部材に生じると考えられる。し
たがって、緩衝スペーサ４０、４１は最大０．５ｍｍ程
度の凹凸を吸収できる機能を有することが望ましい。従
来の緩衝スペーサでこのような機能を満たすには１００
ｍｍ程度の厚みが必要となり、端板４２、４３全体の厚
み（例えば数１０〜１００ｍｍ程度）から考えて、かな
り非現実的なものとなり、また、逆にそれ以下の薄いも
のにすると緩衝材としての機能は不十分なものとなる。
しかしながら、セラミックス繊維材料で形成された緩衝
スペーサ４０、４１は、僅かな厚み（例えば締め付け
時、数〜１０ｍｍ程度）で十分な可撓性が得られ、柔軟
且つ薄型の端板４２、４３が得られる。
【００３０】さらに又、外端板３９内に形成されたガス
導入路５１の構成についても、端板の柔軟性を損なうこ
となく簡素な構造で形成できるように工夫されている。
すなわち、多層構造の酸化ガス側端板４３では、内端板
３６または外端板３９の凹凸に応じて緩衝スペーサ４１
が積層方向に適宜伸縮し、電池部にかかる締め付け面圧
が一定に保たれる。このため、連結部５０は緩衝スペー
サ４１の伸縮を許容できるように構成されている。すな
わち、連結部５０は一端が外端板３９に固着された筒状
部材４８と、内周側が筒状部材４８の他端側に、外周側
が端板基板３７にそれぞれ固着された弾性を有する円環
状部材４９とで構成し、この円環状部材４９の弾性によ
り柔軟性を持たせている。
【００３１】今、環状部材４９をステンレス材料で形成
する場合、ステンレス材料の経時的な腐食厚みを勘案
し、燃料電池の目標寿命（例えば４万時間）を考慮して
０．３ｍｍ程度以上の厚みが必要となる。そして、この
厚みは素材の腐食性と目標寿命との関係により決定され
る。円環状部材４９の長さ（図１中ｌで示す）は必要と
する柔軟性により算出され、例えば０．３ｍｍの厚みの
ステンレス平板を用い、連結部５１において最大±０．
５ｍｍの緩衝スペーサ４１の動きを許容するには長さと
して３０ｍｍ程度を必要とする。また、この長さが第２
の流路４７の開口面積内に許容できない場合は、図に示
すように外周側の一部を必要に応じて端板基板３７の下
面に重複させるようにすることもできる。
【００３２】図３中の曲線Ａは上記のように構成された
実施の形態１における燃料電池における酸化ガス側端板
４３に隣接する燃料電池単電池３４の熱サイクル試験
（室温←→６５０℃）による電圧低下（電流密度１５０
ｍＡ／ｃｍ2）を、曲線Ｂは図９に示す従来構造の内端
板から直接電流を取り出すようにした構造の電圧低下
を、曲線Ｃは従来構造の電圧低下をそれぞれ示す。図か
ら明らかなように、従来の燃料電池では熱サイクルの前
後で、熱歪み等による反りのため端板内の積層部材間に
接触不良を生じ電圧低下が大きい。又、従来構造の内端
板から直接電流を取り出すようにした構造のものでは、
端板内の積層部材間の接触不良が電流の流れに関係なく
なるため、電圧低下が大きく改善されている。さらに
又、実施の形態１における構造のものでは、より柔軟な
セラミックス繊維材料による緩衝スペーサ４１が用いら
れているため、十分な緩衝機能により一層の改善された
電池電圧の安定性を示している。
【００３３】このように上記実施の形態１によれば、酸
化ガス側端板４３の内端板３６より出力電流を導出する
ようにしているので、電圧低下の原因となる内部抵抗の
主な発生箇所であった構成部材間の接触部を経ることな
く外部に取り出すことができ、経時的に安定した電流取
り出しが可能になる。又、緩衝スペーサ４０、４１をセ
ラミックス繊維材料で形成するようにしたので、僅かな
厚みで十分な可撓性を得ることができ、柔軟且つ薄型の
端板４２、４３を得ることが可能になる。
【００３４】又、連結部５０を、一端が外端板３９に固
着され第２の流路４７を囲繞するように配設される筒状
部材４８と、内周側が筒状部材４８の他端側に、外周側
が内端板３６の端板基板３７に固着された弾性を有する
円環状部材４９とで構成したので、特殊なベローズ等の
ような高価な部材を用いることなく、且つ簡素な構造で
端板の薄型化が可能な流路接続構造を得ることができ
る。さらに又、燃料ガスおよび酸化ガスの給排気を行う
例えばガス導入路５１を、酸化ガス側端板４３側のみに
設けるようにしているので、燃料ガス側端板４２に連結
部５０を設ける必要がなくなり、緩衝スペーサ４０の有
する柔軟性をそのまま十分に発揮することができる。
【００３５】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態２における燃料電池装置の要部の構成を示す断面図で
ある。図において、上記実施の形態１におけると同様な
部分は同一符号を付して説明を省略する。５２は内端板
３６と緩衝スペーサ４１との間に介在される金属製の板
状部材で、表面処理を施すことにより電解質腐食性が図
られており、又、板状部材５２は緩衝スペーサ４１の外
縁より外方に突出するとともに、内端板３６から離れる
方向に折曲されている。
【００３６】上記実施の形態１で述べたように、内端板
３６に集電機能を持たせ、緩衝スペーサ４１に導電性を
不要とさせることが特徴であるが、反面、緩衝スペーサ
４１をセラミックス繊維材料で形成した場合、セラミッ
クス繊維材料は多孔体であり且つ電解質と大きな反応性
を有するため、電解質板２７から緩衝スペーサ４１への
電解質の移動に注意を払う必要がある。そして、本実施
の形態２における板状部材５２は、端板基板３７の外周
の表面を伝って伝搬する電解質の伝搬距離を長くして、
伝搬する電解量を低減するために設けられている。
【００３７】電解質の伝搬を実質的に零にするために必
要な伝搬距離は、隣接する部材の種類に依存する。そし
て、燃料ガスのガス導入路側に隣接する場合には、燃料
電池装置を含む周囲の雰囲気にも大きく依存するが、例
えば通常の大気である場合６０ｍｍ程度以上の伝搬距離
を確保する必要があるので、板状部材５２の先端を内端
板３６から離れる方向に折曲して庇を設けることが望ま
しい。また、酸化ガスのガス流路５１においても同様の
雰囲気である場合、２０ｍｍ以上の伝搬距離を確保する
ことが望ましい。
【００３８】このように上記実施の形態２によれば、内
端板３６と緩衝スペーサ４１との間に表面処理を施して
電解質腐食性の向上が図られた金属製の板状部材５２を
介在させたので、電解質の伝搬距離を長くして伝搬する
電解質量を低減し電解質の消耗を抑制することが可能に
なる。さらに、板状部材５２を緩衝スペーサ４１の外縁
より外方に突出させるとともに、内端板３６から離れる
方向に折曲させて庇を形成するようにしたので、電解質
の伝搬距離をより長くして電解質の消耗をより抑制する
ことが可能になる。
【００３９】なお、上記したように板状部材５２を設け
たことにより、電解質の消耗を抑制することが可能にな
ることは勿論のこと、外端板や後述の金属材料による緩
衝スペーサに、耐電解質性能を改善するためのアルミ合
金処理を施したり、高価な耐食性材料を用いる必要も無
くなる等、コスト低減も可能になる。
【００４０】実施の形態３．図５はこの発明の実施の形
態３における燃料電池装置の緩衝スペーサ部の構成を示
す斜視図、図６は図５における緩衝スペーサ部の変形例
の構成を示す概略図である。図において、５３は折り曲
げ加工やプレス加工により板状に形成された金属製の板
状部材で、例えば３〜５枚程度以上を積重することによ
り、緩衝スペーサ５４が構成されている。
【００４１】上記のように、板状に形成された金属製の
板状部材５３を積重して構成された緩衝スペーサ５４
は、多層構造としたことにより単層の場合と比べ、板状
部材５３単体にかかる面圧分布が大きく変化するために
大きな可撓性を有し、単層構造の緩衝スペーサよりも大
幅に有効に緩衝機能を示す。そして、上記各実施の形態
１、２におけるように内端板から直接電流を取り出す端
板構造においては、金属製の板状部材５３を複数枚積重
して緩衝スペーサ５４を構成しても、端板内における内
部抵抗増大の問題や、部材間の溶接作業増加等の悪影響
を与えることもなく、緩衝スペーサとしての柔軟性を増
大できるという長所があり、無機材料でなる緩衝スペー
サに比べ、燃料電池積層体の積層時における可撓性が適
度で、端板の組立や連結部の連結作業が容易となり、特
に燃料ガスや酸化ガスの導入路を有する端板用の緩衝ス
ペーサとして適している。
【００４２】又、図６に示すように図５における各板状
部材５３の間に、薄い平板状部材５５をそれぞれ介在さ
せて緩衝スペーサ５６を構成するようにしても良く、平
板状部材５５を介在させることにより、面圧印加時には
板状部材５３のみならず平板状部材５５も撓むため、板
状部材５３のみを積重させた図５における緩衝スペーサ
５４よりさらに大きな可撓性を示す。
【００４３】実施の形態４．図７はこの発明の実施の形
態４における燃料電池装置の要部の概略構成を示す平面
図である。図において、５７は外形が長方形で、その４
隅に燃料ガスの入口および出口側ガスマニホルド５８
ａ、５８ｂ、および酸化ガスの入口および出口側ガスマ
ニホルド５９ａ、５９ｂがそれぞれ形成された内端板の
端板基板、６０は各ガスマニホルド５８ａ、５８ｂ、５
９ａ、５９ｂに囲まれた有効電極部に相当する領域、６
１は端板基板５７に設けられた４個の電流の導出部であ
る。
【００４４】内端板の柔軟性、コスト面、重量面からは
より薄い内端板の採用が好ましく、端板基板形状や電流
取り出し部の位置を検討し、端板基板における最大集電
距離を小さくすることが重要となる。上記のように構成
される実施の形態４における端板基板５７には、電流を
取り出すための導出部６１が４箇所設けられているの
で、有効電極部としての領域６０から取り出される電流
が、端板基板５７を通過する最大距離である最大集電距
離は、設置箇所数に応じて短くなり厚みを薄くできる。
すなわち、例えば端板基板５７の外形寸法を１ｍ×１．
８ｍ、材料をステンレスとした場合、電流の導出部６１
が１箇所の場合は最大集電距離が１．３ｍ程度であるの
に対して、４箇所設けた場合には最大集電距離は０．７
ｍ程度となり、端板基板厚みを約１／３に薄くできる。
【００４５】
【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、電解質板を燃料ガス電極と酸化ガス電極で挟持す
るとともに、両電極の外側に燃料ガス流路および酸化ガ
ス流路を設け、両流路に燃料ガスおよび酸化ガスをそれ
ぞれ流通させて化学反応により発電させる平板状の燃料
電池単電池を、複数段積重して積重方向両側から酸化ガ
ス電極または燃料ガス電極のいずれかにそれぞれ接続さ
れる内端板および内端板の外側に緩衝スペーサを介して
配設される外端板が積重されてなる一対の酸化ガス側端
板および燃料ガス側端板で挟持して所定の締付力を付与
してなる燃料電池積層体を備えた燃料電池装置におい
て、端板の内端板より出力電流を導出するようにしたの
で、経時的に安定した電流取り出しが可能な燃料電池装
置を提供することができる。
【００４６】又、この発明の請求項２によれば、請求項
１において、緩衝スペーサをセラミックス繊維材料で形
成したので、僅かな厚みで十分な可撓性を得ることがで
き、柔軟且つ薄型の端板を得ることが可能な燃料電池装
置を提供することができる。
【００４７】又、この発明の請求項３によれば、請求項
１において、内端板と緩衝スペーサとの間に電解質耐食
性に優れた金属製の板状部材を介在させたので、電解質
の消耗を抑制することが可能な燃料電池装置を提供する
ことができる。
【００４８】又、この発明の請求項４によれば、請求項
３において、板状部材を緩衝スペーサの外縁より外方に
突出し且つ内端板から離れる方向に折曲して形成したの
で、電解質の消耗をさらに抑制することが可能な燃料電
池装置を提供することができる。
【００４９】又、この発明の請求項５によれば、請求項
１において、緩衝スペーサを波状の金属製の板状部材を
複数段積重して形成したので、可撓性を十分に得ること
が可能であることは勿論のこと、端板の組立や連結部の
連結作業が容易な燃料電池装置を提供することができ
る。
【００５０】又、この発明の請求項６によれば、請求項
５において、各波状部材の間に平板状部材を介装させる
ようにしたので、さらに可撓性をさらに十分に得ること
が可能であることは勿論のこと、端板の組立や連結部の
連結作業が容易な燃料電池装置を提供することができ
る。
【００５１】又、この発明の請求項７によれば、請求項
１において、出力電流の導出部を内端板の複数箇所に設
けるようにしたので、最大集電距離を短縮し端板基板の
厚みを薄くすることが可能な燃料電池装置を提供するこ
とができる。
【００５２】又、この発明の請求項８によれば、電解質
板を燃料ガス電極と酸化ガス電極で挟持するとともに、
両電極の外側に燃料ガス流路および酸化ガス流路を設
け、両流路に燃料ガスおよび酸化ガスをそれぞれ流通さ
せて化学反応により発電させる平板状の燃料電池単電池
を、複数段積重して積重方向両側から酸化ガス電極また
は燃料ガス電極のいずれかにそれぞれ接続される内端板
および内端板の外側に緩衝スペーサを介して配設される
外端板が積重されてなる一対の酸化ガス側端板および燃
料ガス側端板で挟持して所定の締付力を付与してなる燃
料電池積層体を備えた燃料電池装置において、外端板内
に形成され一端が外部に開口する第１の流路と、第１の
流路に連結され緩衝スペーサおよび内端板を横切るよう
に貫通された第２の流路と、一端が外端板に固着され第
２の流路を囲繞するように配設される筒状部材および内
周側が筒状部材の他端側に、外周側が内端板にそれぞれ
固着された弾性を有する円環状部材でなり第２の流路を
燃料電池積層体内に配設されるガスマニホルドと連結さ
せる連結部とでガス導入路を形成し、ガス導入路から両
ガスのいずれか一方をそれぞれ対応するガス流路内に導
入するようにしたので、高価な部材を用いることなく、
且つ簡単な構造で端板の薄型化ができる流路接続構造を
得ることが可能な燃料電池装置を提供することができ
る。
【００５３】又、この発明の請求項９によれば、請求項
８において、ガス導入路を酸化ガス側端板および燃料ガ
ス側端板のいずれか一方にのみ設けるようにしたので、
他方の端板に連結部を設ける必要がなくなり、緩衝スペ
ーサの有する柔軟性を十分に発揮することが可能な燃料
電池装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１における燃料電池装
置の要部の構成を示す断面図である。
【図２】 図１における緩衝スペーサの面圧に対する縮
み率を従来の緩衝スペーサの縮み率と比較して示す特性
図である。
【図３】 図１における酸化ガス側端板に隣接する燃料
電池単電池の電圧低下を従来のものと比較して示す特性
図である。
【図４】 この発明の実施の形態２における燃料電池装
置の要部の構成を示す断面図である。
【図５】 この発明の実施の形態３における燃料電池装
置の緩衝スペーサ部の構成を示す斜視図である。
【図６】 図５における緩衝スペーサ部の変形例の構成
を示す概略図である。
【図７】 この発明の実施の形態４における燃料電池装
置の要部の概略構成を示す平面図である。
【図８】 従来の燃料電池装置の概略構成を示す正面図
である。
【図９】 図８におけるＡ部の詳細を示す断面図であ
る。
【図１０】 図８における燃料電池装置の端板の構成を
示す断面図である。
【符号の説明】
２７ 電解質板、２８ 燃料ガス電極、２９ 酸化ガス
電極、３４ 燃料電池単電池、３５，３６ 内端板、３
７，５７ 端板基板、３８，３９ 外端板、４０，４
１，５４，５６ 緩衝スペーサ、４２ 燃料ガス側端
板、４３ 酸化ガス側端板、４４ 燃料電池積層体、４
５ 第１の流路、４７ 第２の流路、４８ 筒状部材、
４９ 円環状部材、５０ 連結部、５１ ガス導入路、
５２，５３ 板状部材、５５ 平板状部材、６１ 導出
部。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電解質板を燃料ガス電極と酸化ガス電極
    で挟持するとともに、上記両電極の外側に燃料ガス流路
    および酸化ガス流路を設け、上記両流路に燃料ガスおよ
    び酸化ガスをそれぞれ流通させて化学反応により発電さ
    せる平板状の燃料電池単電池を、複数段積重して積重方
    向両側から上記酸化ガス電極または燃料ガス電極のいず
    れかにそれぞれ接続される内端板および上記内端板の外
    側に緩衝スペーサを介して配設される外端板が積重され
    てなる一対の酸化ガス側端板および燃料ガス側端板で挟
    持して所定の締付力を付与してなる燃料電池積層体を備
    えた燃料電池装置において、上記端板の内端板より出力
    電流を導出するようにしたことを特徴とする燃料電池装
    置。
  2. 【請求項２】 緩衝スペーサは、セラミックス繊維材料
    で形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料
    電池装置。
  3. 【請求項３】 内端板と緩衝スペーサとの間に電解質耐
    食性に優れた金属製の板状部材を介在させたことを特徴
    とする請求項１記載の燃料電池装置。
  4. 【請求項４】 板状部材は、緩衝スペーサの外縁より外
    方に突出し且つ内端板から離れる方向に折曲して形成さ
    れていることを特徴とする請求項３記載の燃料電池装
    置。
  5. 【請求項５】 緩衝スペーサは、波状の金属製の板状部
    材を複数段積重して形成されていることを特徴とする請
    求項１記載の燃料電池装置。
  6. 【請求項６】 各波状部材の間には平板状部材がそれぞ
    れ介装されていることを特徴とする請求項５記載の燃料
    電池装置。
  7. 【請求項７】 出力電流の導出部は内端板の複数箇所に
    設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃料電
    池装置。
  8. 【請求項８】 電解質板を燃料ガス電極と酸化ガス電極
    で挟持するとともに、上記両電極の外側に燃料ガス流路
    および酸化ガス流路を設け、上記両流路に燃料ガスおよ
    び酸化ガスをそれぞれ流通させて化学反応により発電さ
    せる平板状の燃料電池単電池を、複数段積重して積重方
    向両側から上記酸化ガス電極または燃料ガス電極のいず
    れかにそれぞれ接続される内端板および上記内端板の外
    側に緩衝スペーサを介して配設される外端板が積重され
    てなる一対の酸化ガス側端板および燃料ガス側端板で挟
    持して所定の締付力を付与してなる燃料電池積層体を備
    えた燃料電池装置において、上記外端板内に形成され一
    端が外部に開口する第１の流路と、上記第１の流路に連
    結され上記緩衝スペーサおよび内端板を横切るように貫
    通された第２の流路と、一端が外端板に固着され上記第
    ２の流路を囲繞するように配設される筒状部材および内
    周側が上記筒状部材の他端側に、外周側が上記内端板に
    それぞれ固着された弾性を有する円環状部材でなり上記
    第２の流路を上記燃料電池積層体内に配設されるガスマ
    ニホルドと連結させる連結部とでガス導入路を形成し、
    上記ガス導入路から上記両ガスのいずれか一方をそれぞ
    れ対応する上記ガス流路内に導入するようにしたことを
    特徴とする燃料電池装置。
  9. 【請求項９】 ガス導入路は、酸化ガス側端板および燃
    料ガス側端板のいずれか一方にのみ設けられていること
    を特徴とする請求項８記載の燃料電池装置。
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