JP2003109646A - 燃料電池のガス供給管構造 - Google Patents
燃料電池のガス供給管構造Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な構造でセパレータとディストリビュー
タの間を電気的に絶縁しながら接続し、しかも熱膨脹を
確実に吸収できるようにする。 【解決手段】 燃料電池モジュール内のディストリビュ
ータからセパレータへガスを供給するガス供給管１３、
１４を、ディストリビュータ側に接続された配管２２と
セパレータ側に接続された配管２３とに分割し、これら
両配管２２、２３の先端をセラミックス製の継手管２１
の両端に差し込み嵌合することで、両配管２２、２３を
互いに電気的に絶縁しながら接続し、しかも、一方の配
管２３を継手管２１に対して軸線方向スライド可能に差
し込み嵌合した。
タの間を電気的に絶縁しながら接続し、しかも熱膨脹を
確実に吸収できるようにする。 【解決手段】 燃料電池モジュール内のディストリビュ
ータからセパレータへガスを供給するガス供給管１３、
１４を、ディストリビュータ側に接続された配管２２と
セパレータ側に接続された配管２３とに分割し、これら
両配管２２、２３の先端をセラミックス製の継手管２１
の両端に差し込み嵌合することで、両配管２２、２３を
互いに電気的に絶縁しながら接続し、しかも、一方の配
管２３を継手管２１に対して軸線方向スライド可能に差
し込み嵌合した。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池のガス供
給管構造に関する。 【０００２】 【従来の技術】酸化物イオン伝導体からなる固体電解質
層を空気極層と燃料極層との間に挟んだ積層構造を持つ
固体電解質型燃料電池は、第三世代の発電用燃料電池と
して開発が進んでいる。固体電解質型燃料電池では、空
気極側に酸素（空気）が、燃料極側には燃料ガス
（Ｈ2 、ＣＯ等）が供給される。空気極と燃料極は、ガ
スが固体電解質との界面に到達することができるよう
に、いずれも多孔質とされている。 【０００３】空気極側に供給された酸素は、空気極層内
の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、こ
の部分で、空気極から電子を受け取って酸化物イオン
（Ｏ2-）にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料
極の方向に向かって固体電解質層内を拡散移動する。燃
料極との界面近傍に到達した酸化物イオンは、この部分
で、燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ2 Ｏ、ＣＯ
2 等）を生じ、燃料極に電子を放出する。 【０００４】燃料に水素を用いた場合の電極反応は次の
ようになる。 空気極： １／２ Ｏ2 ＋ ２ｅ- → Ｏ2- 燃料極： Ｈ2 ＋ Ｏ2- → Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- 全体 ： Ｈ2 ＋ １／２ Ｏ2 → Ｈ2 Ｏ 【０００５】固体電解質層は、酸化物イオンの移動媒体
であると同時に、燃料ガスと空気を直接接触させないた
めの隔壁としても機能するので、ガス不透過性の緻密な
構造となっている。この固体電解質層は、酸化物イオン
伝導性が高く、空気極側の酸化性雰囲気から燃料極側の
還元性雰囲気までの条件下で化学的に安定で、熱衝撃に
強い材料から構成する必要があり、かかる要件を満たす
材料として、イットリアを添加した安定化ジルコニア
（ＹＳＺ）が一般的に使用されている。 【０００６】一方、電極である空気極（カソード）層と
燃料極（アノード）層はいずれも電子伝導性の高い材料
から構成する必要がある。空気極材料は、７００℃前後
の高温の酸化性雰囲気中で化学的に安定でなければなら
ないため、金属は不適当であり、電子伝導性を持つペロ
ブスカイト型酸化物材料、具体的にはＬａＭｎＯ3 もし
くはＬａＣｏＯ3 、または、これらのＬａの一部をＳ
ｒ、Ｃａ等に置換した固溶体が一般に使用されている。
また、燃料極材料は、Ｎｉ、Ｃｏなどの金属、或いはＮ
ｉ−ＹＳＺ、Ｃｏ−ＹＳＺなどのサーメットが一般的で
ある。 【０００７】固体酸化物型燃料電池には、１０００℃前
後の高温で作動させる高温作動型のものと、７００℃前
後の低温で作動させる低温作動型のものとがある。低温
作動型の固体酸化物型燃料電池は、例えば電解質である
イットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の厚
さを１０μｍ程度まで薄膜化して、電解質の抵抗を低く
して、低温でも燃料電池として発電するように改良され
た発電セルを使用する。 【０００８】高温の固体酸化物型燃料電池では、セパレ
ータには、例えばランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ3 ）
等の電子伝導性を有するセラミックスが用いられるが、
低温作動型の固体酸化物燃料電池では、ステンレス等の
金属材料を使用することができる。 【０００９】また、固体酸化物型燃料電池の構造には、
円筒型、モノリス型、及び平板積層型の３種類が提案さ
れている。それらの構造のうち、低温作動型の固体酸化
物型燃料電池には、金属のセパレータを使用できること
から、金属のセパレータに形状付与しやすい平板積層型
の構造が適している。 【００１０】平板積層型の固体電解質型燃料電池のスタ
ックは、発電セル、集電体、セパレータを交互に積層し
た構造を持つ。一対のセパレータが発電セルを両面から
挟んで、一方は空気極集電体を介して空気極と、他方は
燃料極集電体を介して燃料極と接している。燃料極集電
体には、Ｎｉ基合金等のスポンジ状の多孔質体を使用す
ることができ、空気極集電体には、Ａｇ基合金等の同じ
くスポンジ状の多孔質体を使用することができる。スポ
ンジ状多孔質体は、集電機能、ガス透過機能、均一ガス
拡散機能、クッション機能、熱膨脹差吸収機能等を兼ね
備えるので、多機能の集電体材料として適している。 【００１１】セパレータは、発電セル間を電気接続する
と共に、発電セルに対してガスを供給する機能を有する
もので、燃料ガスをセパレータ外周面から導入してセパ
レータの燃料極層に対向する面から吐出させる燃料通路
と、酸化剤ガスをセパレータ外周面から導入してセパレ
ータの酸化剤極層に対向する面から吐出させる酸化剤通
路とをそれぞれ有している。 【００１２】一方、燃料電池スタックの側方には、各セ
パレータの燃料通路にガス供給管を通して燃料ガスを供
給する燃料用ディストリビュータと、各セパレータの酸
化剤通路にガス供給管を通して酸化剤ガスを供給する酸
化剤用ディストリビュータとが、発電セルの積層方向に
延在して設けられている。なお、通常の平板積層型の固
体電解質型燃料電池においては、燃料電池スタックを中
心にディストリビュータまでを含めた部分が燃料電池モ
ジュールとしてモジュール化されている。 【００１３】ディストリビュータはその構造上、金属で
製作されるのが普通であるから、燃料電池スタックのセ
パレータとディストリビュータとは電気的に絶縁されて
いなければならない。燃料電池モジュール内の各部の温
度は燃料電池本体部分の作動温度と同じであり、運転中
は少なくとも６００℃以上の高温となるから、金属でで
きているディストリビュータとセパレータを絶縁しなが
らつなぐためには、電気絶縁体として耐熱性のあるセラ
ミックスを使用する必要がある。しかし、０〜６００℃
の変化の激しい温度条件下で、金属とセラミックスをガ
ス洩れしないようにつなぐのは容易ではない。 【００１４】図４に示す従来例では、金属製のディスト
リビュータ１１５の壁面に設けた貫通孔１１５ａに、絶
縁材でできたスリーブ１１６を嵌合し、そのスリーブ１
１６の孔に、セパレータ１０８側から延ばした燃料ガス
供給管１１３あるいは酸化剤ガス供給管１１４の先端を
挿入することで、セパレータ１０８とディストリビュー
タ１１５とを、絶縁しながら流路接続している（特開２
０００−３２３１５４号公報参照）。 【００１５】 【発明が解決しようとする課題】しかし、ディストリビ
ュータ１１５の壁面に設けた貫通孔１１５ａの部分で、
ガス供給管１１３、１１４とディストリビュータ１１５
を絶縁状態で流路接続すると、その部分の構造が複雑に
なりやすく、ガス供給管１１３、１１４の熱膨脹変化を
吸収する場合に無理が生じやすいという問題があった。 【００１６】本発明は、上記事情を考慮し、簡単な構造
でセパレータとディストリビュータの間を電気的に絶縁
しながら接続し、しかも熱膨脹を確実に吸収できるよう
にした燃料電池のガス供給管構造を提供することを目的
とする。 【００１７】 【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、燃料
電池モジュール内のディストリビュータからセパレータ
へガスを供給するガス供給管を、ディストリビュータ側
に接続された配管とセパレータ側に接続された配管とに
分割し、これら両配管の先端を絶縁材料よりなる継手管
の両端に差し込み嵌合することで、両配管を互いに電気
的に絶縁しながら接続し、しかも、少なくともいずれか
の配管を前記継手管に対して軸線方向スライド可能に差
し込み嵌合したことを特徴としている。 【００１８】この発明では、ガス供給管自体を、ディス
トリビュータ側に接続された配管とセパレータ側に接続
された配管とに分割し、これら両配管の先端を絶縁材料
よりなる継手管の両端に差し込み嵌合することで、両配
管を互いに電気的に絶縁しながら流路接続しているの
で、ディストリビュータ側に複雑な構造を設ける必要が
なく、単に配管を溶接等で結合しておけばよくなる。ま
た、いずれかの配管を継手管に対して軸線方向スライド
可能に差し込み嵌合しているので、配管が熱膨脹した際
に継手管内で配管がスライドすることにより、配管の熱
膨脹を確実に吸収することができる。 【００１９】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は実施形態の固体電解質型燃料
電池におけるガス供給管構造の構成を示す断面図であ
る。また、図２は燃料電池の要部の分解断面図、図３は
同要部の分解斜視図である。 【００２０】まず、実施形態の固体電解質型燃料電池の
全体構成を、図２、図３を用いて説明する。図２におい
て、１は燃料電池スタックである。この燃料電池スタッ
ク１は、固体電解質層２の両面に燃料極層３及び空気極
層４を配した発電セル５と、燃料極集電体６と、空気極
集電体７と、セパレータ８とを所定の順番に積層した構
造を持つ。 【００２１】ここで、固体電解質層２はイットリアを添
加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等で構成され、燃料
極層３はＮｉ、Ｃｏ等の金属あるいはＮｉ−ＹＳＺ、Ｃ
ｏ−ＹＳＺ等のサーメットで構成され、空気極層４はＬ
ａＭｎＯ3 、ＬａＣｏＯ3 等で構成され、燃料極集電体
６はＮｉ基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構
成され、空気極集電体７はＡｇ基合金等のスポンジ状の
多孔質焼結金属板で構成され、セパレータ８はステンレ
ス等で構成されている。 【００２２】セパレータ８は、発電セル５間を電気接続
すると共に、発電セル５に対してガスを供給する機能を
有するもので、燃料ガスをセパレータ８の外周面から導
入してセパレータ８の燃料極層３に対向する面から吐出
させる燃料通路１１と、酸化剤ガスをセパレータ８の外
周面から導入してセパレータ８の酸化剤極層４に対向す
る面から吐出させる酸化剤通路１２とをそれぞれ有して
いる。ただし、両端のセパレータ８（８Ａ、８Ｂ）は、
いずれかの通路１１、１２のみを有する。 【００２３】一方、図２に示すように、燃料電池スタッ
ク１の側方には、各セパレータ８の燃料通路１１にガス
供給管１３を通して燃料ガスを供給する燃料用ディスト
リビュータ１５と、各セパレータ８の酸化剤通路１２に
ガス供給管１４を通して酸化剤ガスを供給する酸化剤用
ディストリビュータ１６とが、発電セル５の積層方向に
延在して設けられている。この燃料電池では、燃料電池
スタック１を中心に、これらのディストリビュータ１
５、１６までを含めて燃料電池モジュールＭとしてモジ
ュール化されている。 【００２４】ディストリビュータ１５、１６はステンレ
ス等の金属で構成されており、これらのディストリビュ
ータ１５、１６と燃料電池スタック１のセパレータ８と
を電気的に絶縁する必要があることから、ディストリビ
ュータとセパレータをつなぐ各ガス供給管１３、１４
は、図１に示すように構成されている。 【００２５】まず、ガス供給管１３、１４は、ディスト
リビュータ１５、１６（図２参照）側に接続された配管
２２と、セパレータ８（図２参照）側に接続された配管
２３とに分割されている。そして、これら両配管２２、
２３の先端を絶縁材料であるセラミックス製の継手管２
１の両端に差し込み嵌合することで、両配管２２、２３
が互いに電気的に絶縁されながら流路接続されている。 【００２６】この場合、継手管２１の貫通孔２６は、軸
線方向の中央部に小径部２６ｃを設けることで段付き孔
として構成されており、小径部２６ｃの左右両側の嵌合
孔部２６ａ、２６ｂは、小径部２６ｃの内径よりも嵌合
すべき配管２２、２３のほぼ肉厚分だけ大径に形成され
ている。そして、一方の配管２２は、片方の嵌合孔部２
６ａ内に、小径部２６ｃとの境界の段部に先端が突き当
たるまで差し込み嵌合され、その状態で継手管２１に固
着されている。３０はシール材兼用の固着材である。 【００２７】また、他方の配管２３は、他方の嵌合孔部
２６ｂに、軸線方向（矢印Ａ方向）にスライドできるよ
うに余裕を持って差し込み嵌合されている。ここで、継
手管２１の嵌合孔部２６ａ、２６ｂの内径は、配管２
２、２３が熱膨脹により最大に拡径した状態で隙間がほ
ぼ無くなる程度に設定されている。これは、配管２２、
２３の熱膨脹により、セラミックス製の継手管２１に径
方向の無理な力がかからないようにするためである。ま
た、熱膨脹する前の状態での配管２２、２３と継手管２
１との隙間を封じるために、嵌合孔部２６ａ、２６ｂの
内周にはシール部材２８が装着されている。 【００２８】このようにガス供給管１３、１４を構成し
たことにより、ディストリビュータ１５、１６（図２参
照）側に複雑な構造を設ける必要がなくなり、単に配管
２２を溶接等で結合しておけばよくなる。また、一方の
配管２３を継手管２１に対して軸線方向スライド可能に
差し込み嵌合しているので、配管２３が熱膨脹した際
に、継手管２１内で自由にスライドできることになり、
ガス供給管１３、１４の熱膨脹が確実に吸収される。従
って、変化の激しい温度条件下であっても、継手管２１
等に無理な応力が発生するのを防止することができる。
また、上述した実施形態では、発電セルの電解質にイッ
トリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いる
固体酸化物型燃料電池を示したが、本発明は、その他の
固体酸化物型燃料電池、例えばセリア系電解質、ガレー
ト系電解質を用いる固体酸化物型燃料電池にも適用する
ことができる。 【００２９】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ディストリビュータとセパレータをつなぐガス供給管を
ディストリビュータ側の配管とセパレータ側の配管に分
割し、ディストリビュータとセパレータの中間部で絶縁
材料よりなる継手管を介して接続したので、簡単な構造
でセパレータとディストリビュータの間を電気的に絶縁
しながら流路接続することができる。また、少なくとも
いずれかの配管を継手管に対して軸線方向スライド可能
に差し込み嵌合したので、ガス供給管の熱膨脹を確実に
吸収することができる。
給管構造に関する。 【０００２】 【従来の技術】酸化物イオン伝導体からなる固体電解質
層を空気極層と燃料極層との間に挟んだ積層構造を持つ
固体電解質型燃料電池は、第三世代の発電用燃料電池と
して開発が進んでいる。固体電解質型燃料電池では、空
気極側に酸素（空気）が、燃料極側には燃料ガス
（Ｈ2 、ＣＯ等）が供給される。空気極と燃料極は、ガ
スが固体電解質との界面に到達することができるよう
に、いずれも多孔質とされている。 【０００３】空気極側に供給された酸素は、空気極層内
の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、こ
の部分で、空気極から電子を受け取って酸化物イオン
（Ｏ2-）にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料
極の方向に向かって固体電解質層内を拡散移動する。燃
料極との界面近傍に到達した酸化物イオンは、この部分
で、燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ2 Ｏ、ＣＯ
2 等）を生じ、燃料極に電子を放出する。 【０００４】燃料に水素を用いた場合の電極反応は次の
ようになる。 空気極： １／２ Ｏ2 ＋ ２ｅ- → Ｏ2- 燃料極： Ｈ2 ＋ Ｏ2- → Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- 全体 ： Ｈ2 ＋ １／２ Ｏ2 → Ｈ2 Ｏ 【０００５】固体電解質層は、酸化物イオンの移動媒体
であると同時に、燃料ガスと空気を直接接触させないた
めの隔壁としても機能するので、ガス不透過性の緻密な
構造となっている。この固体電解質層は、酸化物イオン
伝導性が高く、空気極側の酸化性雰囲気から燃料極側の
還元性雰囲気までの条件下で化学的に安定で、熱衝撃に
強い材料から構成する必要があり、かかる要件を満たす
材料として、イットリアを添加した安定化ジルコニア
（ＹＳＺ）が一般的に使用されている。 【０００６】一方、電極である空気極（カソード）層と
燃料極（アノード）層はいずれも電子伝導性の高い材料
から構成する必要がある。空気極材料は、７００℃前後
の高温の酸化性雰囲気中で化学的に安定でなければなら
ないため、金属は不適当であり、電子伝導性を持つペロ
ブスカイト型酸化物材料、具体的にはＬａＭｎＯ3 もし
くはＬａＣｏＯ3 、または、これらのＬａの一部をＳ
ｒ、Ｃａ等に置換した固溶体が一般に使用されている。
また、燃料極材料は、Ｎｉ、Ｃｏなどの金属、或いはＮ
ｉ−ＹＳＺ、Ｃｏ−ＹＳＺなどのサーメットが一般的で
ある。 【０００７】固体酸化物型燃料電池には、１０００℃前
後の高温で作動させる高温作動型のものと、７００℃前
後の低温で作動させる低温作動型のものとがある。低温
作動型の固体酸化物型燃料電池は、例えば電解質である
イットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の厚
さを１０μｍ程度まで薄膜化して、電解質の抵抗を低く
して、低温でも燃料電池として発電するように改良され
た発電セルを使用する。 【０００８】高温の固体酸化物型燃料電池では、セパレ
ータには、例えばランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ3 ）
等の電子伝導性を有するセラミックスが用いられるが、
低温作動型の固体酸化物燃料電池では、ステンレス等の
金属材料を使用することができる。 【０００９】また、固体酸化物型燃料電池の構造には、
円筒型、モノリス型、及び平板積層型の３種類が提案さ
れている。それらの構造のうち、低温作動型の固体酸化
物型燃料電池には、金属のセパレータを使用できること
から、金属のセパレータに形状付与しやすい平板積層型
の構造が適している。 【００１０】平板積層型の固体電解質型燃料電池のスタ
ックは、発電セル、集電体、セパレータを交互に積層し
た構造を持つ。一対のセパレータが発電セルを両面から
挟んで、一方は空気極集電体を介して空気極と、他方は
燃料極集電体を介して燃料極と接している。燃料極集電
体には、Ｎｉ基合金等のスポンジ状の多孔質体を使用す
ることができ、空気極集電体には、Ａｇ基合金等の同じ
くスポンジ状の多孔質体を使用することができる。スポ
ンジ状多孔質体は、集電機能、ガス透過機能、均一ガス
拡散機能、クッション機能、熱膨脹差吸収機能等を兼ね
備えるので、多機能の集電体材料として適している。 【００１１】セパレータは、発電セル間を電気接続する
と共に、発電セルに対してガスを供給する機能を有する
もので、燃料ガスをセパレータ外周面から導入してセパ
レータの燃料極層に対向する面から吐出させる燃料通路
と、酸化剤ガスをセパレータ外周面から導入してセパレ
ータの酸化剤極層に対向する面から吐出させる酸化剤通
路とをそれぞれ有している。 【００１２】一方、燃料電池スタックの側方には、各セ
パレータの燃料通路にガス供給管を通して燃料ガスを供
給する燃料用ディストリビュータと、各セパレータの酸
化剤通路にガス供給管を通して酸化剤ガスを供給する酸
化剤用ディストリビュータとが、発電セルの積層方向に
延在して設けられている。なお、通常の平板積層型の固
体電解質型燃料電池においては、燃料電池スタックを中
心にディストリビュータまでを含めた部分が燃料電池モ
ジュールとしてモジュール化されている。 【００１３】ディストリビュータはその構造上、金属で
製作されるのが普通であるから、燃料電池スタックのセ
パレータとディストリビュータとは電気的に絶縁されて
いなければならない。燃料電池モジュール内の各部の温
度は燃料電池本体部分の作動温度と同じであり、運転中
は少なくとも６００℃以上の高温となるから、金属でで
きているディストリビュータとセパレータを絶縁しなが
らつなぐためには、電気絶縁体として耐熱性のあるセラ
ミックスを使用する必要がある。しかし、０〜６００℃
の変化の激しい温度条件下で、金属とセラミックスをガ
ス洩れしないようにつなぐのは容易ではない。 【００１４】図４に示す従来例では、金属製のディスト
リビュータ１１５の壁面に設けた貫通孔１１５ａに、絶
縁材でできたスリーブ１１６を嵌合し、そのスリーブ１
１６の孔に、セパレータ１０８側から延ばした燃料ガス
供給管１１３あるいは酸化剤ガス供給管１１４の先端を
挿入することで、セパレータ１０８とディストリビュー
タ１１５とを、絶縁しながら流路接続している（特開２
０００−３２３１５４号公報参照）。 【００１５】 【発明が解決しようとする課題】しかし、ディストリビ
ュータ１１５の壁面に設けた貫通孔１１５ａの部分で、
ガス供給管１１３、１１４とディストリビュータ１１５
を絶縁状態で流路接続すると、その部分の構造が複雑に
なりやすく、ガス供給管１１３、１１４の熱膨脹変化を
吸収する場合に無理が生じやすいという問題があった。 【００１６】本発明は、上記事情を考慮し、簡単な構造
でセパレータとディストリビュータの間を電気的に絶縁
しながら接続し、しかも熱膨脹を確実に吸収できるよう
にした燃料電池のガス供給管構造を提供することを目的
とする。 【００１７】 【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、燃料
電池モジュール内のディストリビュータからセパレータ
へガスを供給するガス供給管を、ディストリビュータ側
に接続された配管とセパレータ側に接続された配管とに
分割し、これら両配管の先端を絶縁材料よりなる継手管
の両端に差し込み嵌合することで、両配管を互いに電気
的に絶縁しながら接続し、しかも、少なくともいずれか
の配管を前記継手管に対して軸線方向スライド可能に差
し込み嵌合したことを特徴としている。 【００１８】この発明では、ガス供給管自体を、ディス
トリビュータ側に接続された配管とセパレータ側に接続
された配管とに分割し、これら両配管の先端を絶縁材料
よりなる継手管の両端に差し込み嵌合することで、両配
管を互いに電気的に絶縁しながら流路接続しているの
で、ディストリビュータ側に複雑な構造を設ける必要が
なく、単に配管を溶接等で結合しておけばよくなる。ま
た、いずれかの配管を継手管に対して軸線方向スライド
可能に差し込み嵌合しているので、配管が熱膨脹した際
に継手管内で配管がスライドすることにより、配管の熱
膨脹を確実に吸収することができる。 【００１９】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は実施形態の固体電解質型燃料
電池におけるガス供給管構造の構成を示す断面図であ
る。また、図２は燃料電池の要部の分解断面図、図３は
同要部の分解斜視図である。 【００２０】まず、実施形態の固体電解質型燃料電池の
全体構成を、図２、図３を用いて説明する。図２におい
て、１は燃料電池スタックである。この燃料電池スタッ
ク１は、固体電解質層２の両面に燃料極層３及び空気極
層４を配した発電セル５と、燃料極集電体６と、空気極
集電体７と、セパレータ８とを所定の順番に積層した構
造を持つ。 【００２１】ここで、固体電解質層２はイットリアを添
加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等で構成され、燃料
極層３はＮｉ、Ｃｏ等の金属あるいはＮｉ−ＹＳＺ、Ｃ
ｏ−ＹＳＺ等のサーメットで構成され、空気極層４はＬ
ａＭｎＯ3 、ＬａＣｏＯ3 等で構成され、燃料極集電体
６はＮｉ基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構
成され、空気極集電体７はＡｇ基合金等のスポンジ状の
多孔質焼結金属板で構成され、セパレータ８はステンレ
ス等で構成されている。 【００２２】セパレータ８は、発電セル５間を電気接続
すると共に、発電セル５に対してガスを供給する機能を
有するもので、燃料ガスをセパレータ８の外周面から導
入してセパレータ８の燃料極層３に対向する面から吐出
させる燃料通路１１と、酸化剤ガスをセパレータ８の外
周面から導入してセパレータ８の酸化剤極層４に対向す
る面から吐出させる酸化剤通路１２とをそれぞれ有して
いる。ただし、両端のセパレータ８（８Ａ、８Ｂ）は、
いずれかの通路１１、１２のみを有する。 【００２３】一方、図２に示すように、燃料電池スタッ
ク１の側方には、各セパレータ８の燃料通路１１にガス
供給管１３を通して燃料ガスを供給する燃料用ディスト
リビュータ１５と、各セパレータ８の酸化剤通路１２に
ガス供給管１４を通して酸化剤ガスを供給する酸化剤用
ディストリビュータ１６とが、発電セル５の積層方向に
延在して設けられている。この燃料電池では、燃料電池
スタック１を中心に、これらのディストリビュータ１
５、１６までを含めて燃料電池モジュールＭとしてモジ
ュール化されている。 【００２４】ディストリビュータ１５、１６はステンレ
ス等の金属で構成されており、これらのディストリビュ
ータ１５、１６と燃料電池スタック１のセパレータ８と
を電気的に絶縁する必要があることから、ディストリビ
ュータとセパレータをつなぐ各ガス供給管１３、１４
は、図１に示すように構成されている。 【００２５】まず、ガス供給管１３、１４は、ディスト
リビュータ１５、１６（図２参照）側に接続された配管
２２と、セパレータ８（図２参照）側に接続された配管
２３とに分割されている。そして、これら両配管２２、
２３の先端を絶縁材料であるセラミックス製の継手管２
１の両端に差し込み嵌合することで、両配管２２、２３
が互いに電気的に絶縁されながら流路接続されている。 【００２６】この場合、継手管２１の貫通孔２６は、軸
線方向の中央部に小径部２６ｃを設けることで段付き孔
として構成されており、小径部２６ｃの左右両側の嵌合
孔部２６ａ、２６ｂは、小径部２６ｃの内径よりも嵌合
すべき配管２２、２３のほぼ肉厚分だけ大径に形成され
ている。そして、一方の配管２２は、片方の嵌合孔部２
６ａ内に、小径部２６ｃとの境界の段部に先端が突き当
たるまで差し込み嵌合され、その状態で継手管２１に固
着されている。３０はシール材兼用の固着材である。 【００２７】また、他方の配管２３は、他方の嵌合孔部
２６ｂに、軸線方向（矢印Ａ方向）にスライドできるよ
うに余裕を持って差し込み嵌合されている。ここで、継
手管２１の嵌合孔部２６ａ、２６ｂの内径は、配管２
２、２３が熱膨脹により最大に拡径した状態で隙間がほ
ぼ無くなる程度に設定されている。これは、配管２２、
２３の熱膨脹により、セラミックス製の継手管２１に径
方向の無理な力がかからないようにするためである。ま
た、熱膨脹する前の状態での配管２２、２３と継手管２
１との隙間を封じるために、嵌合孔部２６ａ、２６ｂの
内周にはシール部材２８が装着されている。 【００２８】このようにガス供給管１３、１４を構成し
たことにより、ディストリビュータ１５、１６（図２参
照）側に複雑な構造を設ける必要がなくなり、単に配管
２２を溶接等で結合しておけばよくなる。また、一方の
配管２３を継手管２１に対して軸線方向スライド可能に
差し込み嵌合しているので、配管２３が熱膨脹した際
に、継手管２１内で自由にスライドできることになり、
ガス供給管１３、１４の熱膨脹が確実に吸収される。従
って、変化の激しい温度条件下であっても、継手管２１
等に無理な応力が発生するのを防止することができる。
また、上述した実施形態では、発電セルの電解質にイッ
トリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いる
固体酸化物型燃料電池を示したが、本発明は、その他の
固体酸化物型燃料電池、例えばセリア系電解質、ガレー
ト系電解質を用いる固体酸化物型燃料電池にも適用する
ことができる。 【００２９】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ディストリビュータとセパレータをつなぐガス供給管を
ディストリビュータ側の配管とセパレータ側の配管に分
割し、ディストリビュータとセパレータの中間部で絶縁
材料よりなる継手管を介して接続したので、簡単な構造
でセパレータとディストリビュータの間を電気的に絶縁
しながら流路接続することができる。また、少なくとも
いずれかの配管を継手管に対して軸線方向スライド可能
に差し込み嵌合したので、ガス供給管の熱膨脹を確実に
吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の燃料電池のガス供給管構造
を示す断面図である。 【図２】本発明の実施形態の燃料電池の要部構成を示す
分解断面図である。 【図３】同燃料電池の要部構成を示す分解斜視図であ
る。 【図４】従来例の断面図である。 【符号の説明】 Ｍ 燃料電池モジュール ８ セパレータ １３，１４ ガス供給管 １５ 燃料用ディストリビュータ １６ 酸化剤用ディストリビュータ ２１ 継手管 ２２，２３ 配管
を示す断面図である。 【図２】本発明の実施形態の燃料電池の要部構成を示す
分解断面図である。 【図３】同燃料電池の要部構成を示す分解斜視図であ
る。 【図４】従来例の断面図である。 【符号の説明】 Ｍ 燃料電池モジュール ８ セパレータ １３，１４ ガス供給管 １５ 燃料用ディストリビュータ １６ 酸化剤用ディストリビュータ ２１ 継手管 ２２，２３ 配管
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フロントページの続き
(72)発明者 星野 孝二
茨城県那珂郡那珂町向山1002−14 三菱マ
テリアル株式会社総合研究所那珂研究セン
ター内
Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 CX06
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 燃料電池モジュール内のディストリビュ
ータからセパレータへガスを供給するガス供給管を、デ
ィストリビュータ側に接続された配管とセパレータ側に
接続された配管とに分割し、これら両配管の先端を絶縁
材料よりなる継手管の両端に差し込み嵌合することで、
両配管を互いに電気的に絶縁しながら接続し、しかも、
少なくともいずれかの配管を前記継手管に対して軸線方
向スライド可能に差し込み嵌合したことを特徴とする燃
料電池のガス供給管構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001300516A JP2003109646A (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 燃料電池のガス供給管構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001300516A JP2003109646A (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 燃料電池のガス供給管構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003109646A true JP2003109646A (ja) | 2003-04-11 |
Family
ID=19121075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001300516A Pending JP2003109646A (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 燃料電池のガス供給管構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003109646A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015187602A1 (en) * | 2014-06-04 | 2015-12-10 | Bloom Energy Corporation | Hermetic high temperature dielectric conduit assemblies |
| JP2017204466A (ja) * | 2016-05-10 | 2017-11-16 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池スタック |
| CN114256481A (zh) * | 2020-09-22 | 2022-03-29 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 燃料电池和膨胀中和管段的制造方法 |
| US11916265B2 (en) | 2020-02-05 | 2024-02-27 | Bloom Energy Corporation | Metal-dielectric conduit assemblies and methods of making thereof |
-
2001
- 2001-09-28 JP JP2001300516A patent/JP2003109646A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015187602A1 (en) * | 2014-06-04 | 2015-12-10 | Bloom Energy Corporation | Hermetic high temperature dielectric conduit assemblies |
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| JP6318314B1 (ja) * | 2016-05-10 | 2018-04-25 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池スタック |
| JP2018081933A (ja) * | 2016-05-10 | 2018-05-24 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池スタック |
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