JP2013051128A - 固体酸化物形燃料電池装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池装置は、電解質膜とアノードおよびカソードを有するセルと、セルをこれの厚み方向に挟むセパレータと、アノードガス流路と、カソードガス流路と、セルを挟む二つのセパレータの間に介在して設けられアノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えるシールガスケット8とを有する。シールガスケット8は、シールガスケット8の厚み方向において互いに対向する電気絶縁性をもつ電気絶縁材料で形成された第1絶縁板81および第2絶縁板82と、当該厚み方向において第1絶縁板および第2絶縁板の間に設けられ当該厚み方向にバネ弾性を発揮するバネ部83とを有する。
【選択図】図5
Description
以下、本発明の実施形態1について図1〜図9を参照して説明する。図1に示す燃料電池装置は平板型の固体酸化物形燃料電池であり、多数のセルを厚み方向に積層した平板型のセル積層体1と、セル積層体1をこれの厚み方向つまり積層方向において挟む平板型の第1エンドプレート11および第2エンドプレート12と、セル積層体1、第1エンドプレート11および第2エンドプレート12を締結するボルトを備える締結具13とを有する。図1に示すように、第1エンドプレート11は、アノードガス入口17、アノードオフガス出口18と、空気であるカソードガスが供給されるカソードガス入口15、空気オフガスであるカソードオフガスが排出されるカソードオフガス出口16とをもつ。オフガスとは発電反応を経たガスを意味する。セル2は四角形をなし、X方向およびY方向の双方に延びる。
上記した実施形態に係る燃料電池装置に係る試験片を作製し、試験片を試験した。試験片では、セパレータの母材は鉄−クロム合金 で形成されており、ZMG232L(日立金属 株式会社)とし、厚み1.0ミリメートル、長さおよび幅はそれぞれ200ミリメールとされていた。シールガスケット8については、第1絶縁板および第2絶縁板はマイカとされており、マイカの厚みは0.3ミリメートル、内径は100ミリメートとされていた。外縁シール部についてはガラス系シール材料とし、厚みは3.0ミリメートル、長さおよび幅は200ミリメートルとされていた。アノード用の多孔質集電体5については、初期厚みは1.4ミリメートルとされ、気孔率は95%(体積比)、外径は100ミリメートルとされていた。更に、アノード22については、母材はNi+YSZであり、厚みは1.0ミリメートル、外径は100ミリメートルとされていた。電解質膜21については、母材はYSZであり、厚みは0.02ミリメートル、外径は100ミリメートルとされていた。カソード23については、母材はLSCF、厚みは0.05ミリメートル、外径は80ミリメートルとされていた。試験の結果、発電運転が長時間実施されたとしても、アノード22とカソード23との間におけるガスリークを抑えることができた。
図10および図11は実施形態2の概念を模式的に示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用および効果を示す。図10に示すように、シールガスケット8の外輪郭部を1周するようにシール部8rがリング状に形成されている。シール部8rは、シールガスケット8の厚み方向において外方に向けて突出量Δtで突出する。図11に示すように、シール部71mも、シールガスケット8の厚み方向において外方に向けて突出量Δtで突出する。孔シール部13m,61m,64m,74m,5mも、同様に、シールガスケット8の厚み方向において外方に向けて突出量Δtで突出する。
図12は実施形態3の概念を模式的に示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用および効果を示す。図12に示すように、第1対向板84に形成されているディンプル86dの高さh1は、第2対向板85に形成されているディンプル86dの高さh2よりも低くされている。図12に示すように、第2対向板85に形成されているディンプル86dの頂部86fは第1対向板84に当接する。しかし、セル積層体1を積層方向に加圧させる加圧力が高くないときには、第1対向板84に形成されているディンプル86dの頂部86fは第2対向板85に非接触であり、隙間S1を形成している。従って、セル積層体1の積層初期では、シールガスケット8の厚み方向のバネ性は柔らかめである。
図13は実施形態4の概念を模式的に示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用および効果を示す。図13に示すように、シールガスケット8は主シール部6とセパレータ3との間に介在している。シールガスケット8は電解質膜21に直接接触しているのではなく、シール部6のうち、電解質21の端部21pを被覆する被覆部6wに接触する。本実施形態においても、シールガスケット8は、これの厚み方向において高い電気絶縁性および高いバネ性をもつ。このため、セル2、セパレータ3が厚み方向に積層されるとき、シール性を高めることができる。ひいてはアノード22とカソード23との間におけるガスリークを抑えることができる。
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。外縁シール部87,孔シール部13m,61m,64m,71m,74mはガラス系シール材料とされているが、これに限られるものではなく、要するに燃料電池装置の使用温度領域においてシール性をもつものであれば何でも良い。絶縁板81,82はマイカに限定されず、要するに燃料電池装置の使用温度領域において電気絶縁性をもつものであれば何でも良い。バネ突起86はディンプルに限定されず、バネ性をもつものであれば良い。第1対向板84および第2対向板85の双方にディンプル86dが形成されているが、いずれか一方のみに形成しても良い。
Claims (4)
- イオン伝導性をもつ電解質膜と前記電解質膜をこれの厚み方向に挟むアノードおよびカソードを有するセルと、
前記セルをこれの厚み方向に挟む位置に設けられた二つのセパレータと、
アノードガスを前記セルの前記アノードに供給させるアノードガス流路と、
カソードガスを前記セルの前記カソードに供給させるカソードガス流路と、
前記セルを挟む二つの前記セパレータの間に介在して設けられ前記アノードと前記カソードとの間におけるガスリークを抑えるシールガスケットとを具備する燃料電池装置において、
前記シールガスケットは、
前記シールガスケットの厚み方向において互いに対向する電気絶縁性をもつ電気絶縁材料で形成された第1絶縁板および第2絶縁板と、当該厚み方向において前記第1絶縁板および前記第2絶縁板の間に設けられ当該厚み方向にバネ弾性を発揮するバネ部とを具備する固体酸化物形燃料電池装置。 - 請求項1において、前記バネ部は、当該厚み方向において互いに対向する第1対向板および第2対向板と、前記第1対向板および前記第2対向板のうちの少なくとも一方に設けられ当該厚み方向において他方に向けて突出する複数のバネ突起とで形成されている固体酸化物形燃料電池装置。
- 請求項2において、前記第1対向板および前記第2対向板は金属板であり、前記バネ突起は、金属板にプレス成形により突設されたディンプルである固体酸化物形燃料電池装置。
- 請求項1〜3のうちの一項において、前記シールガスケットの外縁部に沿って前記第1対向板と前記第2対向板との間には、外縁シール部が介在している固体酸化物形燃料電池装置。
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