JP2003282103A - 燃料電池ユニットおよび燃料電池システム - Google Patents
燃料電池ユニットおよび燃料電池システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】燃料電池素子に発生する温度分布を低減する機
構、あるいは、熱応力を低減する機構を設けることによ
り、燃料電池素子の破損を防止する。 【解決手段】燃料電池ユニットにおいて、発電反応の促
進により温度の上昇が大きくなる高温領域部分におい
て、温度の低い低温領域部分に比べて素子接続用導電部
材の抵抗を大きくすることにより、温度分布を低減し、
燃料電池素子の破損を抑制することを可能とした。ま
た、燃料電池の接続用の導電性部材をフレキシブルにす
ることにより、発生する熱応力を緩和し、燃料電池素子
の破損を抑制することを可能とした。
構、あるいは、熱応力を低減する機構を設けることによ
り、燃料電池素子の破損を防止する。 【解決手段】燃料電池ユニットにおいて、発電反応の促
進により温度の上昇が大きくなる高温領域部分におい
て、温度の低い低温領域部分に比べて素子接続用導電部
材の抵抗を大きくすることにより、温度分布を低減し、
燃料電池素子の破損を抑制することを可能とした。ま
た、燃料電池の接続用の導電性部材をフレキシブルにす
ることにより、発生する熱応力を緩和し、燃料電池素子
の破損を抑制することを可能とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池を電気的に
複数接続して構成される燃料電池ユニットおよび燃料電
池システムに関する。
複数接続して構成される燃料電池ユニットおよび燃料電
池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、電解質の両側にアノードお
よびカソードを有し、アノードに燃料を、カソードに酸
化剤を供給することにより電気化学的に燃料と酸化剤を
反応させて電気エネルギーに変換する発電素子である。
また、複数の素子を電気的に接続した燃料電池ユニッ
ト、さらには燃料電池ユニットを複数接続した燃料電池
サブモジュール、燃料電池モジュールを形成することに
より、発電出力の規模を大きくすることができる。
よびカソードを有し、アノードに燃料を、カソードに酸
化剤を供給することにより電気化学的に燃料と酸化剤を
反応させて電気エネルギーに変換する発電素子である。
また、複数の素子を電気的に接続した燃料電池ユニッ
ト、さらには燃料電池ユニットを複数接続した燃料電池
サブモジュール、燃料電池モジュールを形成することに
より、発電出力の規模を大きくすることができる。
【０００３】従来の燃料電池のシステムについて、円筒
形の燃料電池を例として、図１を用いて説明する。図１
は従来の燃料電池システムであり、円筒形燃料電池素子
１は、素子接続用導電性部材２により電気的に接続さ
れ、燃料電池ユニット１１を形成している。さらに複数
の燃料電池ユニット１１が電気的に接続され、外部に燃
料電池からの発電出力を取り出すための外部集電部材６
を備えた燃料電池モジュール１２を形成している。
形の燃料電池を例として、図１を用いて説明する。図１
は従来の燃料電池システムであり、円筒形燃料電池素子
１は、素子接続用導電性部材２により電気的に接続さ
れ、燃料電池ユニット１１を形成している。さらに複数
の燃料電池ユニット１１が電気的に接続され、外部に燃
料電池からの発電出力を取り出すための外部集電部材６
を備えた燃料電池モジュール１２を形成している。
【０００４】燃料はモジュール下方より導入され円筒形
燃料電池素子１の外側であるアノード側を流れ、また酸
化剤である空気はモジュール上方より、空気導入管３を
通じて、円筒形燃料電池素子１の内側であるカソード側
を流れることにより、発電が行われる。
燃料電池素子１の外側であるアノード側を流れ、また酸
化剤である空気はモジュール上方より、空気導入管３を
通じて、円筒形燃料電池素子１の内側であるカソード側
を流れることにより、発電が行われる。
【０００５】図中の素子接続用導電性部材２は、円筒形
燃料電池素子１を複数接続し、ユニット接続用導電性部
材５は燃料電池ユニット１１を複数接続している。これ
らの導電性部材は円筒形燃料電池素子１の発電可能な電
極部分の全面に均一に設置されている。
燃料電池素子１を複数接続し、ユニット接続用導電性部
材５は燃料電池ユニット１１を複数接続している。これ
らの導電性部材は円筒形燃料電池素子１の発電可能な電
極部分の全面に均一に設置されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図１に示した従来の燃
料電池システムにおいて、燃料は、燃料電池モジュール
の下方より導入され、燃料電池素子の外側を流れなが
ら、発電反応に寄与する。この場合、円筒形燃料電池素
子１の上方に向かうに従い、燃料の絶対量および燃料の
分圧が低くなる。このため、発電反応は燃料電池モジュ
ールの下方において進行しやすく、発電反応による発熱
のため円筒形燃料電池素子１の下部の温度が上昇し、そ
の結果、円筒形燃料電池素子１の電解質の抵抗が低減さ
れ、さらに発電反応が円筒形燃料電池素子１の下部に集
中し、円筒形燃料電池素子１の上下方向で大きな温度差
を生じやすかった。また、円筒形燃料電池素子１、燃料
電池ユニット１１あるいは外部集電部材６の接続が剛性
の高い部材で行われていたため、熱応力の発生により円
筒形燃料電池素子１が破損する原因となっていた。
料電池システムにおいて、燃料は、燃料電池モジュール
の下方より導入され、燃料電池素子の外側を流れなが
ら、発電反応に寄与する。この場合、円筒形燃料電池素
子１の上方に向かうに従い、燃料の絶対量および燃料の
分圧が低くなる。このため、発電反応は燃料電池モジュ
ールの下方において進行しやすく、発電反応による発熱
のため円筒形燃料電池素子１の下部の温度が上昇し、そ
の結果、円筒形燃料電池素子１の電解質の抵抗が低減さ
れ、さらに発電反応が円筒形燃料電池素子１の下部に集
中し、円筒形燃料電池素子１の上下方向で大きな温度差
を生じやすかった。また、円筒形燃料電池素子１、燃料
電池ユニット１１あるいは外部集電部材６の接続が剛性
の高い部材で行われていたため、熱応力の発生により円
筒形燃料電池素子１が破損する原因となっていた。
【０００７】このように、従来の燃料電池システムでは
モジュールに生ずる温度分布が大きく、また、熱応力を
緩和する手段が不十分な為、熱応力による燃料電池素子
の破損が生じるといった問題があった。
モジュールに生ずる温度分布が大きく、また、熱応力を
緩和する手段が不十分な為、熱応力による燃料電池素子
の破損が生じるといった問題があった。
【０００８】前記のような従来技術の問題に鑑み、本発
明では、温度分布を小さくする、あるいは、熱応力を緩
和する機構を有することにより燃料電池素子の破損が生
じない燃料電池ユニットおよび燃料電池システムを提供
することを課題とする。
明では、温度分布を小さくする、あるいは、熱応力を緩
和する機構を有することにより燃料電池素子の破損が生
じない燃料電池ユニットおよび燃料電池システムを提供
することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記のような課題を解決
するために、第１の発明では、電解質の両側にアノード
及びカソードを備えた燃料電池素子の発電可能な電極面
を素子接続用導電性部材により複数接続して構成される
燃料電池ユニットにおいて、前記素子接続用導電性部材
の電気抵抗が、前記電極面の温度が高い高温領域部分の
方が、温度の低い低温領域部分に比べ大きい燃料電池ユ
ニットを提供する。通常、高温領域部分においては、燃
料電池部の電解質の抵抗が小さくなり、発電反応が促進
され、結果として、燃料電池ユニットに生ずる温度分布
がさらに大きくなる。本発明によれば、素子接続用導電
性部材の抵抗で発電反応を調節することにより、温度分
布の拡大を抑制し、燃料電池素子の破損を抑制すること
が可能となる。
するために、第１の発明では、電解質の両側にアノード
及びカソードを備えた燃料電池素子の発電可能な電極面
を素子接続用導電性部材により複数接続して構成される
燃料電池ユニットにおいて、前記素子接続用導電性部材
の電気抵抗が、前記電極面の温度が高い高温領域部分の
方が、温度の低い低温領域部分に比べ大きい燃料電池ユ
ニットを提供する。通常、高温領域部分においては、燃
料電池部の電解質の抵抗が小さくなり、発電反応が促進
され、結果として、燃料電池ユニットに生ずる温度分布
がさらに大きくなる。本発明によれば、素子接続用導電
性部材の抵抗で発電反応を調節することにより、温度分
布の拡大を抑制し、燃料電池素子の破損を抑制すること
が可能となる。
【００１０】また、第２の発明では、前記第１の発明に
記載の素子接続用導電性部材の電気抵抗が、前記電極面
の温度が高い高温領域部分の方が、温度の低い低温領域
部分に比べて大きい燃料電池ユニットであって、燃料電
池素子接続用導電部材が、同一の材料より形成されてお
り、前記高温領域部分の方が前記低温領域部分に比べ、
接続面積が小さい燃料電池ユニットを提供する。本発明
によれば、高温領域部分の接続面積を低温領域部分より
小さくすることにより、高温領域部分の電気的な接続の
抵抗を大きくし、高温領域部分の発電促進による温度分
布の拡大を抑制し、燃料電池素子の破損を抑制すること
が可能となる。
記載の素子接続用導電性部材の電気抵抗が、前記電極面
の温度が高い高温領域部分の方が、温度の低い低温領域
部分に比べて大きい燃料電池ユニットであって、燃料電
池素子接続用導電部材が、同一の材料より形成されてお
り、前記高温領域部分の方が前記低温領域部分に比べ、
接続面積が小さい燃料電池ユニットを提供する。本発明
によれば、高温領域部分の接続面積を低温領域部分より
小さくすることにより、高温領域部分の電気的な接続の
抵抗を大きくし、高温領域部分の発電促進による温度分
布の拡大を抑制し、燃料電池素子の破損を抑制すること
が可能となる。
【００１１】また、第３の発明では、前記第１の発明に
記載の素子接続用導電性部材の電気抵抗が、前記電極面
の温度が高い高温領域部分の方が、温度の低い低温領域
部分に比べて大きい燃料電池ユニットであって、燃料電
池素子接続用導電部材が、前記高温領域部分の方が前記
低温領域部分に比べ、導電性の小さい部材で形成された
燃料電池ユニットを提供する。本発明によれば、高温領
域部分において、低温領域部分に比べて導電性の小さい
部材を用いることにより、高温領域部分の電気的な接続
の抵抗を大きくし、高温領域部分の発電促進による温度
分布の拡大を抑制し、燃料電池素子の破損を抑制するこ
とが可能となる。
記載の素子接続用導電性部材の電気抵抗が、前記電極面
の温度が高い高温領域部分の方が、温度の低い低温領域
部分に比べて大きい燃料電池ユニットであって、燃料電
池素子接続用導電部材が、前記高温領域部分の方が前記
低温領域部分に比べ、導電性の小さい部材で形成された
燃料電池ユニットを提供する。本発明によれば、高温領
域部分において、低温領域部分に比べて導電性の小さい
部材を用いることにより、高温領域部分の電気的な接続
の抵抗を大きくし、高温領域部分の発電促進による温度
分布の拡大を抑制し、燃料電池素子の破損を抑制するこ
とが可能となる。
【００１２】また、第４の発明では、電解質の両側にア
ノード及びカソードを備えた燃料電池素子を素子接続用
導電部材により複数接続した燃料電池ユニットと、該燃
料電池ユニットに接続され、燃料電池ユニットにより発
生する電力を取り出すための外部集電部材と、前記燃料
電池ユニットと前記外部集電部材とを設置した燃料電池
モジュールと、該燃料電池モジュールに燃料を供給する
燃料流路と、前記燃料電池モジュールに酸化剤を供給す
る酸化剤流路とを備えた燃料電池システムであって、前
記外部集電部材が、前記燃料電池ユニットにより発生す
る電力を取り出す複数の外部集電部材より構成され、少
なくともひとつの可変抵抗器を介して接続された燃料電
池システムを提供する。本発明によれば、可変抵抗器に
より電気抵抗の調整が可能であり、高温領域部分が時間
的に変化する場合においても、それに対応し、高温領域
部分の電気的な接続の抵抗を大きくし、高温領域部分の
発電促進による温度分布の拡大を抑制し燃料電池素子の
破損を抑制することが可能となる。
ノード及びカソードを備えた燃料電池素子を素子接続用
導電部材により複数接続した燃料電池ユニットと、該燃
料電池ユニットに接続され、燃料電池ユニットにより発
生する電力を取り出すための外部集電部材と、前記燃料
電池ユニットと前記外部集電部材とを設置した燃料電池
モジュールと、該燃料電池モジュールに燃料を供給する
燃料流路と、前記燃料電池モジュールに酸化剤を供給す
る酸化剤流路とを備えた燃料電池システムであって、前
記外部集電部材が、前記燃料電池ユニットにより発生す
る電力を取り出す複数の外部集電部材より構成され、少
なくともひとつの可変抵抗器を介して接続された燃料電
池システムを提供する。本発明によれば、可変抵抗器に
より電気抵抗の調整が可能であり、高温領域部分が時間
的に変化する場合においても、それに対応し、高温領域
部分の電気的な接続の抵抗を大きくし、高温領域部分の
発電促進による温度分布の拡大を抑制し燃料電池素子の
破損を抑制することが可能となる。
【００１３】また、第５の発明では、電解質の両側にア
ノード及びカソードを備えた燃料電池素子を素子接続用
導電部材により複数接続した燃料電池ユニットと、該燃
料電池ユニットと前記燃料電池ユニットにより発生する
電力を取り出すための外部集電部材と、前記燃料電池ユ
ニットと前記外部集電部材とを接続するための外部集電
部材接続用導電性部材と、前記燃料電池ユニットと前記
外部集電部材接続用導電性部材と前記外部集電部材とを
設置した燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュール
に燃料を供給する燃料流路と、前記燃料電池モジュール
に酸化剤を供給する酸化剤流路とを備えた燃料電池シス
テムであって、前記外部集電部材接続用導電性部材が、
フレキシブルな導電性部材であることを特徴とする燃料
電池システムを提供する。本発明によれば、温度分布に
より生じる燃料電池素子への熱応力を緩和することによ
り燃料電池素子の破損を抑制することが可能となる。
ノード及びカソードを備えた燃料電池素子を素子接続用
導電部材により複数接続した燃料電池ユニットと、該燃
料電池ユニットと前記燃料電池ユニットにより発生する
電力を取り出すための外部集電部材と、前記燃料電池ユ
ニットと前記外部集電部材とを接続するための外部集電
部材接続用導電性部材と、前記燃料電池ユニットと前記
外部集電部材接続用導電性部材と前記外部集電部材とを
設置した燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュール
に燃料を供給する燃料流路と、前記燃料電池モジュール
に酸化剤を供給する酸化剤流路とを備えた燃料電池シス
テムであって、前記外部集電部材接続用導電性部材が、
フレキシブルな導電性部材であることを特徴とする燃料
電池システムを提供する。本発明によれば、温度分布に
より生じる燃料電池素子への熱応力を緩和することによ
り燃料電池素子の破損を抑制することが可能となる。
【００１４】また、第６の発明では、電解質の両側にア
ノード及びカソードを備えた燃料電池素子を素子接続用
導電部材により複数接続した燃料電池ユニットと、該燃
料電池ユニットを複数接続して容器に収納した燃料電池
サブモジュールと、該燃料電池サブモジュールを複数接
続するためのサブモジュール接続用導電性部材と、前記
接続された燃料電池サブモジュールより発生する電力を
取り出すための外部集電部材と、前記接続された燃料電
池サブモジュールと外部集電部材とを設置した燃料電池
モジュールと、該燃料電池モジュールに燃料を供給する
燃料流路と、前記燃料電池モジュールに酸化剤を供給す
る酸化剤流路とを備えた燃料電池システムであって、前
記サブモジュール接続用導電性部材がフレキシブルな導
電性部材であることを特徴とする燃料電池システムを提
供する。出力を大型化するためには、多くの燃料電池の
集積化が必要であり、そのためには、ある適度な大きさ
のサブモジュールを形成することが、取り扱い上利便性
が高い。本発明によれば、このサブモジュールを接続す
るサブモジュール接続用導電性部材をフレキシブルな導
電性部材にすることにより、温度分布により生じる燃料
電池素子への熱応力を緩和することにより燃料電池素子
の破損を抑制することが可能となる。
ノード及びカソードを備えた燃料電池素子を素子接続用
導電部材により複数接続した燃料電池ユニットと、該燃
料電池ユニットを複数接続して容器に収納した燃料電池
サブモジュールと、該燃料電池サブモジュールを複数接
続するためのサブモジュール接続用導電性部材と、前記
接続された燃料電池サブモジュールより発生する電力を
取り出すための外部集電部材と、前記接続された燃料電
池サブモジュールと外部集電部材とを設置した燃料電池
モジュールと、該燃料電池モジュールに燃料を供給する
燃料流路と、前記燃料電池モジュールに酸化剤を供給す
る酸化剤流路とを備えた燃料電池システムであって、前
記サブモジュール接続用導電性部材がフレキシブルな導
電性部材であることを特徴とする燃料電池システムを提
供する。出力を大型化するためには、多くの燃料電池の
集積化が必要であり、そのためには、ある適度な大きさ
のサブモジュールを形成することが、取り扱い上利便性
が高い。本発明によれば、このサブモジュールを接続す
るサブモジュール接続用導電性部材をフレキシブルな導
電性部材にすることにより、温度分布により生じる燃料
電池素子への熱応力を緩和することにより燃料電池素子
の破損を抑制することが可能となる。
【００１５】また、第７の発明では、前記第６の発明お
よび第７の発明に記載のフレキシブルな導電性部材が細
線を撚ったものを複数並べた薄い板状である燃料電池シ
ステムを提供する。燃料電池モジュール内部に、燃料電
池素子の発電部以外で余分に燃料が流れるスペースがあ
る場合、発電効率の低下につながる。従って、本発明に
よれば、フレキシブルな導電性部材を折り曲げ加工をし
やすい板状にすることにより、燃料電池の素子以外の部
分で燃料が流れる隙間を作りにくくすることが可能であ
り、熱応力を緩和し、燃料電池素子の破損を抑制すると
ともに、燃料の無駄のないシステムが可能となる。
よび第７の発明に記載のフレキシブルな導電性部材が細
線を撚ったものを複数並べた薄い板状である燃料電池シ
ステムを提供する。燃料電池モジュール内部に、燃料電
池素子の発電部以外で余分に燃料が流れるスペースがあ
る場合、発電効率の低下につながる。従って、本発明に
よれば、フレキシブルな導電性部材を折り曲げ加工をし
やすい板状にすることにより、燃料電池の素子以外の部
分で燃料が流れる隙間を作りにくくすることが可能であ
り、熱応力を緩和し、燃料電池素子の破損を抑制すると
ともに、燃料の無駄のないシステムが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図２は本発明１および２に係
る燃料電池ユニットの一例であり、円筒形燃料電池素子
１を分割された素子接続用導電性部材２により複数接続
した構造である。燃料は燃料電池ユニット１１の下方よ
り供給され、円筒形燃料電池素子１の外側であるアノー
ドを流れ、酸化剤である空気は燃料電池ユニット１１の
上方より供給され、空気導入管３を通じて円筒形燃料電
池素子１の内側であるカソードを流れ、発電反応が起こ
る。
図面に基づいて説明する。図２は本発明１および２に係
る燃料電池ユニットの一例であり、円筒形燃料電池素子
１を分割された素子接続用導電性部材２により複数接続
した構造である。燃料は燃料電池ユニット１１の下方よ
り供給され、円筒形燃料電池素子１の外側であるアノー
ドを流れ、酸化剤である空気は燃料電池ユニット１１の
上方より供給され、空気導入管３を通じて円筒形燃料電
池素子１の内側であるカソードを流れ、発電反応が起こ
る。
【００１７】図２の実施例では、燃料が円筒形燃料電池
素子１の下部において、燃料の濃度が大きく発電が活発
になり、上部よりも温度上昇が起こりやすい高温領域部
分となるため、素子接続用導電性部材２を分割し、隙間
を設けることにより、接続面積を小さくしている。これ
により、高温領域部分の電気抵抗が燃料電池ユニットと
して大きくなり、発電が活発に起こりにくくなるため、
発電による温度上昇を抑制することが可能となり、円筒
形燃料電池素子１の熱応力による破損を抑制することが
可能となる。
素子１の下部において、燃料の濃度が大きく発電が活発
になり、上部よりも温度上昇が起こりやすい高温領域部
分となるため、素子接続用導電性部材２を分割し、隙間
を設けることにより、接続面積を小さくしている。これ
により、高温領域部分の電気抵抗が燃料電池ユニットと
して大きくなり、発電が活発に起こりにくくなるため、
発電による温度上昇を抑制することが可能となり、円筒
形燃料電池素子１の熱応力による破損を抑制することが
可能となる。
【００１８】図３は本発明１および３に係る燃料電池ユ
ニットの一例であり、円筒形燃料電池素子１を導電性の
異なる素子接続用導電性部材２で接続した構造である。
前記図２の実施例と同様に、円筒形燃料電池素子１の下
部での温度上昇を抑制するため、高温領域部分となる円
筒形燃料電池素子１の下部を導電性の低い導電性部材に
より接続し、上部を導電性の高い導電性部材により接続
した構造としている。これにより、高温領域部分の電気
抵抗が燃料電池ユニットとして大きくなり、発電が活発
に起こりにくくなるため、発電による温度上昇を抑制す
ることが可能となり、円筒形燃料電池素子１の熱応力に
よる破損を抑制することが可能となる。
ニットの一例であり、円筒形燃料電池素子１を導電性の
異なる素子接続用導電性部材２で接続した構造である。
前記図２の実施例と同様に、円筒形燃料電池素子１の下
部での温度上昇を抑制するため、高温領域部分となる円
筒形燃料電池素子１の下部を導電性の低い導電性部材に
より接続し、上部を導電性の高い導電性部材により接続
した構造としている。これにより、高温領域部分の電気
抵抗が燃料電池ユニットとして大きくなり、発電が活発
に起こりにくくなるため、発電による温度上昇を抑制す
ることが可能となり、円筒形燃料電池素子１の熱応力に
よる破損を抑制することが可能となる。
【００１９】図４は本発明４および５に係る燃料電池シ
ステムの一例であり、円筒形燃料電池素子１が素子接続
用導電性部材２により接続されて燃料電池ユニット１１
を形成している。また、燃料電池ユニット１１はユニッ
ト接続用導電性部材５により複数接続されている。ま
た、外部集電部材６は、燃料電池ユニットより生ずる電
力を外部に取り出すための導電性部材であり、外部集電
部材接続用導電性部材４２により燃料電池ユニット１１
と接続されている。これらの燃料電池ユニットと外部集
電部材により燃料電池モジュール１２が構成されてい
る。
ステムの一例であり、円筒形燃料電池素子１が素子接続
用導電性部材２により接続されて燃料電池ユニット１１
を形成している。また、燃料電池ユニット１１はユニッ
ト接続用導電性部材５により複数接続されている。ま
た、外部集電部材６は、燃料電池ユニットより生ずる電
力を外部に取り出すための導電性部材であり、外部集電
部材接続用導電性部材４２により燃料電池ユニット１１
と接続されている。これらの燃料電池ユニットと外部集
電部材により燃料電池モジュール１２が構成されてい
る。
【００２０】燃料は燃料電池モジュール１２の下方より
供給され、円筒形燃料電池素子１の外側であるアノード
を流れ、酸化剤である空気は燃料電池モジュール１２の
上方より供給され、空気導入管３を通じて円筒形燃料電
池素子１の内側であるカソードを流れ、発電反応が起こ
るシステムを形成している。
供給され、円筒形燃料電池素子１の外側であるアノード
を流れ、酸化剤である空気は燃料電池モジュール１２の
上方より供給され、空気導入管３を通じて円筒形燃料電
池素子１の内側であるカソードを流れ、発電反応が起こ
るシステムを形成している。
【００２１】また、外部集電部材６は燃料電池ユニット
の上部と下部に別れて接続されるように設置されてお
り、高温領域部分となる燃料電池ユニットの下部に接続
された外部集電部材には、可変抵抗器４１が設置され
て、燃料電池モジュール１２の外部において、２つの外
部集電部材６は接続されている。
の上部と下部に別れて接続されるように設置されてお
り、高温領域部分となる燃料電池ユニットの下部に接続
された外部集電部材には、可変抵抗器４１が設置され
て、燃料電池モジュール１２の外部において、２つの外
部集電部材６は接続されている。
【００２２】この可変抵抗器４１を設置することによ
り、高温領域部分の電気抵抗を調節することが可能とな
り、燃料電池システムのスタートアップ時などの非定常
な状態においても、温度分布を制御し熱応力の低減が可
能となり、円筒形燃料電池素子１の破損を抑制すること
が可能となる。
り、高温領域部分の電気抵抗を調節することが可能とな
り、燃料電池システムのスタートアップ時などの非定常
な状態においても、温度分布を制御し熱応力の低減が可
能となり、円筒形燃料電池素子１の破損を抑制すること
が可能となる。
【００２３】また、外部集電部材接続用導電性部材４２
には、フレキシブルな導電部材を用いることにより、燃
料電池モジュール内に発生する熱応力を緩和し、燃料電
池素子の破損を防止することが可能となる。
には、フレキシブルな導電部材を用いることにより、燃
料電池モジュール内に発生する熱応力を緩和し、燃料電
池素子の破損を防止することが可能となる。
【００２４】図５は本発明６および７に係る燃料電池シ
ステムの一例であり、また、図６は図５における燃料電
池モジュール１２の横断面図である。円筒形燃料電池素
子１が複数接続された燃料電池ユニット１１を、さらに
ユニット接続用導電性部材５により複数接続して、燃料
電池サブモジュール５０を形成している。燃料電池サブ
モジュール５０は、燃料電池の発電出力を大型化するた
めに多くの燃料電池ユニットが必要な場合、ハンドリン
グ性を高めるために形成されるユニットの集合体であ
る。この燃料電池サブモジュール５０がサブモジュール
接続用導電性部材５２により複数接続され、外部に発電
出力を取り出す外部集電材６が設置され、より大きな発
電出力を発生する燃料電池モジュール１２を形成する。
燃料は燃料電池モジュール１２の下方より供給され、円
筒形燃料電池素子１の外側であるアノードを流れ、酸化
剤である空気は燃料電池モジュール１２の上方より供給
され、空気導入管３を通じて円筒形燃料電池素子１の内
側であるカソードを流れ、発電反応が起こるシステムと
なっている。
ステムの一例であり、また、図６は図５における燃料電
池モジュール１２の横断面図である。円筒形燃料電池素
子１が複数接続された燃料電池ユニット１１を、さらに
ユニット接続用導電性部材５により複数接続して、燃料
電池サブモジュール５０を形成している。燃料電池サブ
モジュール５０は、燃料電池の発電出力を大型化するた
めに多くの燃料電池ユニットが必要な場合、ハンドリン
グ性を高めるために形成されるユニットの集合体であ
る。この燃料電池サブモジュール５０がサブモジュール
接続用導電性部材５２により複数接続され、外部に発電
出力を取り出す外部集電材６が設置され、より大きな発
電出力を発生する燃料電池モジュール１２を形成する。
燃料は燃料電池モジュール１２の下方より供給され、円
筒形燃料電池素子１の外側であるアノードを流れ、酸化
剤である空気は燃料電池モジュール１２の上方より供給
され、空気導入管３を通じて円筒形燃料電池素子１の内
側であるカソードを流れ、発電反応が起こるシステムと
なっている。
【００２５】本発明では、サブモジュール接続用導電性
部材５２には、フレキシブルな導電部材を用いることに
より、燃料電池モジュール内に発生する熱応力を緩和
し、燃料電池素子の破損を防止することが可能となる。
一方、燃料電池モジュール１２の内部に、円筒形燃料電
池素子１の発電部以外で燃料が流れる余分なスペースが
ある場合、発電効率の低下につながる。そのため、サブ
モジュール接続用導電性部材５２は可能なかぎりモジュ
ール内部に隙間を作らないないように設置されることが
必要である。
部材５２には、フレキシブルな導電部材を用いることに
より、燃料電池モジュール内に発生する熱応力を緩和
し、燃料電池素子の破損を防止することが可能となる。
一方、燃料電池モジュール１２の内部に、円筒形燃料電
池素子１の発電部以外で燃料が流れる余分なスペースが
ある場合、発電効率の低下につながる。そのため、サブ
モジュール接続用導電性部材５２は可能なかぎりモジュ
ール内部に隙間を作らないないように設置されることが
必要である。
【００２６】本発明によれば、導電性部材の形状を細線
を撚って複数ならべた板状にして、折り曲げやすい形状
とすることにより、フレキシブル性による燃料電池素子
の破損の抑制を可能とすると共に、燃料電池素子以外の
部分で燃料が流れる隙間を作りにくく導電性部材を設置
することが可能であり、燃料の無駄のないシステムが可
能となる。
を撚って複数ならべた板状にして、折り曲げやすい形状
とすることにより、フレキシブル性による燃料電池素子
の破損の抑制を可能とすると共に、燃料電池素子以外の
部分で燃料が流れる隙間を作りにくく導電性部材を設置
することが可能であり、燃料の無駄のないシステムが可
能となる。
【００２７】なお、図２から図５における本発明の実施
例では、円筒形燃料電池素子を例として説明したが、平
板形燃料電池素子を用いた場合でも、同様の燃料電池素
子の破損の抑制の効果が期待できる。
例では、円筒形燃料電池素子を例として説明したが、平
板形燃料電池素子を用いた場合でも、同様の燃料電池素
子の破損の抑制の効果が期待できる。
【００２８】また、本発明は作動温度が高いため、温度
分布も大きくなりやすく、また、熱応力による燃料電池
素子の破損が生じやすい固体電解質形燃料電池において
特に有効である。
分布も大きくなりやすく、また、熱応力による燃料電池
素子の破損が生じやすい固体電解質形燃料電池において
特に有効である。
【図１】従来の燃料電池システムの一例
【図２】本発明の第１および２の発明に係る燃料電池ユ
ニットの一例
ニットの一例
【図３】本発明の第１および３の発明に係る燃料電池ユ
ニットの一例
ニットの一例
【図４】本発明の第４および５の発明に係る燃料電池シ
ステムの一例
ステムの一例
【図５】本発明の第６および７の発明に係る燃料電池シ
ステムの一例
ステムの一例
【図６】本発明の第６および７の発明に係る燃料電池シ
ステムの一例であり、図５の横断面図
ステムの一例であり、図５の横断面図
１：円筒形燃料電池素子
２：素子接続用導電性部材
３：空気導入管
５：ユニット接続用導電性部材
６：外部集電部材
１１：燃料電池ユニット
１２：燃料電池モジュール
４１：可変抵抗器
４２：外部集電部材接続用導電性部材
５０：燃料電池サブモジュール
５２：サブモジュール接続用導電性部材
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 松岡 聡
福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１
号 東陶機器株式会社内
(72)発明者 阿部 俊哉
福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１
号 東陶機器株式会社内
Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC06 CV02 CX02 CX10
HH02 HH06 HH08
Claims (7)
- 【請求項１】 電解質の両側にアノード及びカソードを
備えた燃料電池素子の発電可能な電極面を素子接続用導
電性部材により複数接続して構成される燃料電池ユニッ
トであって、 前記素子接続用導電性部材の電気抵抗は、前記電極面の
温度が高い高温領域部分が温度の低い低温領域部分に比
べ大きいことを特徴とする燃料電池ユニット。 - 【請求項２】 前記燃料電池素子接続用導電部材は、同
一の材料より形成されており、前記高温領域部分が前記
低温領域部分に比べ、接続面積が小さいことを特徴とす
る請求項１記載の燃料電池ユニット。 - 【請求項３】 前記燃料電池素子接続用導電部材は、前
記高温領域部分が前記低温領域部分に比べ、導電性の小
さい部材で形成されたことを特徴とする請求項１記載の
燃料電池ユニット。 - 【請求項４】 電解質の両側にアノード及びカソードを
備えた燃料電池素子を素子接続用導電部材により複数接
続した燃料電池ユニットと、 該燃料電池ユニットに接続され、燃料電池ユニットによ
り発生する電力を取り出すための外部集電部材と、 前記燃料電池ユニットと前記外部集電部材とを設置した
燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールに燃料を
供給する燃料流路と、 前記燃料電池モジュールに酸化剤を供給する酸化剤流路
とを備えた燃料電池システムであって、 前記外部集電部材が、前記燃料電池ユニットにより発生
する電力を取り出す複数の外部集電部材より構成され、
少なくともひとつの可変抵抗器を介して接続されること
を特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項５】 電解質の両側にアノード及びカソードを
備えた燃料電池素子を素子接続用導電部材により複数接
続した燃料電池ユニットと、 該燃料電池ユニットと前記燃料電池ユニットにより発生
する電力を取り出すための外部集電部材と、 前記燃料電池ユニットと前記外部集電部材とを接続する
ための外部集電部材接続用導電性部材と、 前記燃料電池ユニットと前記外部集電部材接続用導電性
部材と前記外部集電部材とを設置した燃料電池モジュー
ルと、 該燃料電池モジュールに燃料を供給する燃料流路と、 前記燃料電池モジュールに酸化剤を供給する酸化剤流路
とを備えた燃料電池システムであって、 前記外部集電部材接続用導電性部材が、フレキシブルな
導電性部材であることを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項６】 電解質の両側にアノード及びカソードを
備えた燃料電池素子を素子接続用導電部材により複数接
続した燃料電池ユニットと、 該燃料電池ユニットを複数接続して容器に収納した燃料
電池サブモジュールと、 該燃料電池サブモジュールを複数接続するためのサブモ
ジュール接続用導電性部材と、 前記接続された燃料電池サブモジュールより発生する電
力を取り出すための外部集電部材と、 前記接続された燃料電池サブモジュールと外部集電部材
とを設置した燃料電池モジュールと、 該燃料電池モジュールに燃料を供給する燃料流路と、 前記燃料電池モジュールに酸化剤を供給する酸化剤流路
とを備えた燃料電池システムであって、 前記サブモジュール接続用導電性部材がフレキシブルな
導電性部材であることを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項７】 前記フレキシブルな導電性部材が細線を
撚ったものを複数並べて薄い板状にしたことを特徴とす
る請求項５又は６に記載の燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002084368A JP2003282103A (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 燃料電池ユニットおよび燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002084368A JP2003282103A (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 燃料電池ユニットおよび燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003282103A true JP2003282103A (ja) | 2003-10-03 |
Family
ID=29231757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002084368A Pending JP2003282103A (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 燃料電池ユニットおよび燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003282103A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005346989A (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-15 | Kyocera Corp | 集電部材、燃料電池セルスタック及び燃料電池 |
| JP2008226690A (ja) * | 2007-03-14 | 2008-09-25 | Nissan Motor Co Ltd | 固体電解質型燃料電池セルユニット及びスタック構造体 |
| JP2009129715A (ja) * | 2007-11-23 | 2009-06-11 | Toto Ltd | 燃料電池モジュール、及びそれを備える燃料電池 |
| JP2009522745A (ja) * | 2006-01-06 | 2009-06-11 | シーメンス パワー ジェネレイション インコーポレイテッド | シームレス固体酸化物型燃料電池 |
| JP2010080177A (ja) * | 2008-09-25 | 2010-04-08 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電モジュール |
-
2002
- 2002-03-25 JP JP2002084368A patent/JP2003282103A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005346989A (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-15 | Kyocera Corp | 集電部材、燃料電池セルスタック及び燃料電池 |
| JP4745622B2 (ja) * | 2004-05-31 | 2011-08-10 | 京セラ株式会社 | 集電部材、燃料電池セルスタック及び燃料電池 |
| JP2009522745A (ja) * | 2006-01-06 | 2009-06-11 | シーメンス パワー ジェネレイション インコーポレイテッド | シームレス固体酸化物型燃料電池 |
| JP2008226690A (ja) * | 2007-03-14 | 2008-09-25 | Nissan Motor Co Ltd | 固体電解質型燃料電池セルユニット及びスタック構造体 |
| JP2009129715A (ja) * | 2007-11-23 | 2009-06-11 | Toto Ltd | 燃料電池モジュール、及びそれを備える燃料電池 |
| JP2010080177A (ja) * | 2008-09-25 | 2010-04-08 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電モジュール |
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