JP3102052B2 - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- JP3102052B2 JP3102052B2 JP03089415A JP8941591A JP3102052B2 JP 3102052 B2 JP3102052 B2 JP 3102052B2 JP 03089415 A JP03089415 A JP 03089415A JP 8941591 A JP8941591 A JP 8941591A JP 3102052 B2 JP3102052 B2 JP 3102052B2
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- fuel
- gas
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料の有する化学エネル
ギーを直接電気エネルギーに変換させるエネルギー部門
で用いる燃料電池のうち、特に、固体電解質を用いた平
板型の固体電解質型燃料電池に関するものである。
ギーを直接電気エネルギーに変換させるエネルギー部門
で用いる燃料電池のうち、特に、固体電解質を用いた平
板型の固体電解質型燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、第二世代の溶
融炭酸塩型燃料電池に代る第三世代の燃料電池として、
現在、その開発に向け検討が進められている。
融炭酸塩型燃料電池に代る第三世代の燃料電池として、
現在、その開発に向け検討が進められている。
【０００３】現在検討が進められている固体電解質型燃
料電池には、平板型のものとか、円筒型のもの等があ
り、そのうち、平板型の固体電解質型燃料電池は、図６
に一例を示す如く、たとえば、イットリア安定化ジルコ
ニア系イオン導電体を適用した電解質板１の両面側に、
空気極２と燃料極３とを重ねて配置し、空気極２側と燃
料極３側にガス通路４ａと５ａを形成するためのガス通
路形成体４，５を配置し、空気極２のガス通路４ａには
空気（Ｏ2 ガス）を、又、燃料極３のガス通路５ａには
燃料ガス（Ｈ2 ガス）を流すようにして、空気極２側で
の反応により生じた酸素イオンＯ--を電解質板１を通し
て燃料極３側へ到達させるようにし、一方、燃料極３側
では、上記燃料ガスＨ2 と上記酸素イオンＯ--が反応
し、水Ｈ2 Ｏとして出されるようにしたものを１セルＣ
とし、かかるセルＣをセパレータ６を介して多層に積層
してスタックとした構成のものがある。
料電池には、平板型のものとか、円筒型のもの等があ
り、そのうち、平板型の固体電解質型燃料電池は、図６
に一例を示す如く、たとえば、イットリア安定化ジルコ
ニア系イオン導電体を適用した電解質板１の両面側に、
空気極２と燃料極３とを重ねて配置し、空気極２側と燃
料極３側にガス通路４ａと５ａを形成するためのガス通
路形成体４，５を配置し、空気極２のガス通路４ａには
空気（Ｏ2 ガス）を、又、燃料極３のガス通路５ａには
燃料ガス（Ｈ2 ガス）を流すようにして、空気極２側で
の反応により生じた酸素イオンＯ--を電解質板１を通し
て燃料極３側へ到達させるようにし、一方、燃料極３側
では、上記燃料ガスＨ2 と上記酸素イオンＯ--が反応
し、水Ｈ2 Ｏとして出されるようにしたものを１セルＣ
とし、かかるセルＣをセパレータ６を介して多層に積層
してスタックとした構成のものがある。
【０００４】上記の如き平板型の固体電解質型燃料電池
は、小さい容積で大電力が取り出せ、且つセルＣの厚さ
を薄くすればするほど積層したときにコンパクトにで
き、その上、大電力が得られるという特徴があり、特
に、電解質板１は薄いほど酸素イオンＯ--の通りがよく
なり、性能をアップさせることができる。
は、小さい容積で大電力が取り出せ、且つセルＣの厚さ
を薄くすればするほど積層したときにコンパクトにで
き、その上、大電力が得られるという特徴があり、特
に、電解質板１は薄いほど酸素イオンＯ--の通りがよく
なり、性能をアップさせることができる。
【０００５】しかし、図６に示した従来の平板型の固体
電解質型燃料電池は、空気極２と燃料極３の各表面にガ
ス通路４ａと５ａを形成した構成としてあるため、空気
極２、燃料極３、電解質板１を薄肉にして、セルＣの厚
みを薄くしようとすると、ガス通路４ａ，５ａを流れる
ガスの流れが悪くなると共に、空気極２及び燃料極３と
電解質板１との接触が悪くて、電子（又は電流）の導電
性が悪くなり、又、酸素イオンＯ--の導通性を向上させ
る目的で電解質板１を１００μm 以下に薄くすると、そ
の支持が必要となるため、電解質板１を支持する空気極
２、燃料極３は強度を有していることが要求されるが、
従来の方式では、空気極２も燃料極３も凹凸面を電解質
板１と接触させる構造としているため、電解質板１を支
持して強度をもたせることができない、等の問題があ
る。
電解質型燃料電池は、空気極２と燃料極３の各表面にガ
ス通路４ａと５ａを形成した構成としてあるため、空気
極２、燃料極３、電解質板１を薄肉にして、セルＣの厚
みを薄くしようとすると、ガス通路４ａ，５ａを流れる
ガスの流れが悪くなると共に、空気極２及び燃料極３と
電解質板１との接触が悪くて、電子（又は電流）の導電
性が悪くなり、又、酸素イオンＯ--の導通性を向上させ
る目的で電解質板１を１００μm 以下に薄くすると、そ
の支持が必要となるため、電解質板１を支持する空気極
２、燃料極３は強度を有していることが要求されるが、
従来の方式では、空気極２も燃料極３も凹凸面を電解質
板１と接触させる構造としているため、電解質板１を支
持して強度をもたせることができない、等の問題があ
る。
【０００６】かかる問題を解消するためには、空気極２
又は燃料極３を多孔質体としてその内部をガスが通過で
きるようにするか、あるいは、空気極２及び燃料極３の
内部に多数の貫通孔を並列に設けて該貫通孔をガス通路
とするようにして、上記各電極の外表面を平滑面とする
ようにすれば、１００〜２００μm の薄膜とした電解質
板１を確実に支持することができる。
又は燃料極３を多孔質体としてその内部をガスが通過で
きるようにするか、あるいは、空気極２及び燃料極３の
内部に多数の貫通孔を並列に設けて該貫通孔をガス通路
とするようにして、上記各電極の外表面を平滑面とする
ようにすれば、１００〜２００μm の薄膜とした電解質
板１を確実に支持することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、多孔質体の
電極にガスを流すことはガスの流れが悪い問題があり、
一方、空気極２及び燃料極３の内部に貫通孔を並列に設
ける場合は、厚さ１〜２mmの空気極２及び燃料極３の内
部に孔をあけることが難しいばかりでなく、各電極ごと
に一端にヘッダー部を設ける必要があるが、これも難し
く、更に、空気極２側のヘッダー部は電池の外側に設け
た空気の供給用マニホールドに、又、燃料極３側のヘッ
ダー部は同じく電池の外側に設けた燃料ガスの供給用マ
ニホールドにそれぞれ接続させるようにする必要がある
ことから、電極の製作性に問題があると共に、マニホー
ルドの構造も複雑となり、又、ガス通路が確保されてい
ないとガスの流配が良好に行われなくなって、発電性能
の向上も図りにくい、等の問題がある。更に、この種固
体電解質型燃料電池では、空気と燃料としての水素とを
流すので、これらのガスが流路よりリークして互に接触
する事態が生じると、燃焼、爆発のおそれがある。
電極にガスを流すことはガスの流れが悪い問題があり、
一方、空気極２及び燃料極３の内部に貫通孔を並列に設
ける場合は、厚さ１〜２mmの空気極２及び燃料極３の内
部に孔をあけることが難しいばかりでなく、各電極ごと
に一端にヘッダー部を設ける必要があるが、これも難し
く、更に、空気極２側のヘッダー部は電池の外側に設け
た空気の供給用マニホールドに、又、燃料極３側のヘッ
ダー部は同じく電池の外側に設けた燃料ガスの供給用マ
ニホールドにそれぞれ接続させるようにする必要がある
ことから、電極の製作性に問題があると共に、マニホー
ルドの構造も複雑となり、又、ガス通路が確保されてい
ないとガスの流配が良好に行われなくなって、発電性能
の向上も図りにくい、等の問題がある。更に、この種固
体電解質型燃料電池では、空気と燃料としての水素とを
流すので、これらのガスが流路よりリークして互に接触
する事態が生じると、燃焼、爆発のおそれがある。
【０００８】そこで、本発明は、薄膜構造の電解質板の
支持を確実に且つ強固にできる構造であって、ガスの流
配を良好にして発電性能を向上させることができ、且つ
製作容易で、しかもマニホールド部の構造を単純にでき
るようにし、更に、マニホールド部でのガスリークが生
じても空気と燃料ガスが接触することを防止して安全性
を保持できるようにした平板型の固体電解質型燃料電池
を提供しようとするものである。
支持を確実に且つ強固にできる構造であって、ガスの流
配を良好にして発電性能を向上させることができ、且つ
製作容易で、しかもマニホールド部の構造を単純にでき
るようにし、更に、マニホールド部でのガスリークが生
じても空気と燃料ガスが接触することを防止して安全性
を保持できるようにした平板型の固体電解質型燃料電池
を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、電解質板を空気極と燃料極で両面から挟
み、空気極側に空気を、燃料極側に燃料ガスをそれぞれ
流すようにしてあるものを１セルとし、各セルをセパレ
ータを介して多層に積層するようにしてある固体電解質
型燃料電池において、上記セルを構成する電解質板、空
気極、燃料極を同じ大きさとして、該電解質板と空気極
及び燃料極とセパレータの各周辺部一側と他側の両方
に、空気と燃料ガスの各給排用マニホールドを形成する
と共に、不活性ガス封入用のマニホールドを形成し、且
つ上記各セルの空気極とセパレータとの間に空気の供給
用マニホールドと排出用マニホールドとを連通するガス
通路を、又、上記各セルの燃料極のセパレータとの間に
燃料ガスの供給用マニホールドと排出用マニホールドと
を連通するガス通路をそれぞれ形成し、更に、上記各セ
ルの空気極に形成された燃料ガスの給排用の各マニホー
ルド周辺と、各セルの燃料極に形成された空気の給排用
の各マニホールド周辺に、それぞれ不活性ガス封入用溝
を囲繞形成し、該各不活性ガス封入用溝を不活性ガス封
入用マニホールドに連通させて、不活性ガスを空気、燃
料ガスより高圧で封入させた構成とする。
決するために、電解質板を空気極と燃料極で両面から挟
み、空気極側に空気を、燃料極側に燃料ガスをそれぞれ
流すようにしてあるものを１セルとし、各セルをセパレ
ータを介して多層に積層するようにしてある固体電解質
型燃料電池において、上記セルを構成する電解質板、空
気極、燃料極を同じ大きさとして、該電解質板と空気極
及び燃料極とセパレータの各周辺部一側と他側の両方
に、空気と燃料ガスの各給排用マニホールドを形成する
と共に、不活性ガス封入用のマニホールドを形成し、且
つ上記各セルの空気極とセパレータとの間に空気の供給
用マニホールドと排出用マニホールドとを連通するガス
通路を、又、上記各セルの燃料極のセパレータとの間に
燃料ガスの供給用マニホールドと排出用マニホールドと
を連通するガス通路をそれぞれ形成し、更に、上記各セ
ルの空気極に形成された燃料ガスの給排用の各マニホー
ルド周辺と、各セルの燃料極に形成された空気の給排用
の各マニホールド周辺に、それぞれ不活性ガス封入用溝
を囲繞形成し、該各不活性ガス封入用溝を不活性ガス封
入用マニホールドに連通させて、不活性ガスを空気、燃
料ガスより高圧で封入させた構成とする。
【００１０】上記ガス通路は、空気極及び燃料極の各セ
パレータ側の面に溝を設けることによって形成してもよ
く、あるいは、セパレータの両面側に凹凸を設けること
によって形成するようにしてもよい。
パレータ側の面に溝を設けることによって形成してもよ
く、あるいは、セパレータの両面側に凹凸を設けること
によって形成するようにしてもよい。
【００１１】
【作用】電解質板、空気極、燃料極とセパレータの周辺
に空気と燃料ガスの給排用マニホールドを設けた内部マ
ニホールド型であるため、空気は空気供給用マニホール
ドから空気極とセパレータ間のガス通路を流れて反対側
の排出用マニホールドより排出される。一方、燃料ガス
は燃料ガス供給用マニホールドから燃料極とセパレータ
間のガス通路を流れて反対側の排出用マニホールドより
排出される。空気極に設けられた燃料ガス給排用マニホ
ールドの周辺と燃料極に設けられた空気給排用マニホー
ルドの周辺には、不活性ガスを高圧で封入した溝がある
ので、燃料電池の運転中にシール性の劣化等で空気又は
燃料ガスの給排用マニホールド部で空気又は燃料ガスの
リークが生じた場合でも、圧力の高い不活性ガスが空気
又は燃料ガスの側へ流れることにより空気と燃料ガスの
接触を防止することができる。又、同時に不活性ガスが
流出して不活性ガスの封入圧力が下がることによりリー
クを検出することが可能となる。
に空気と燃料ガスの給排用マニホールドを設けた内部マ
ニホールド型であるため、空気は空気供給用マニホール
ドから空気極とセパレータ間のガス通路を流れて反対側
の排出用マニホールドより排出される。一方、燃料ガス
は燃料ガス供給用マニホールドから燃料極とセパレータ
間のガス通路を流れて反対側の排出用マニホールドより
排出される。空気極に設けられた燃料ガス給排用マニホ
ールドの周辺と燃料極に設けられた空気給排用マニホー
ルドの周辺には、不活性ガスを高圧で封入した溝がある
ので、燃料電池の運転中にシール性の劣化等で空気又は
燃料ガスの給排用マニホールド部で空気又は燃料ガスの
リークが生じた場合でも、圧力の高い不活性ガスが空気
又は燃料ガスの側へ流れることにより空気と燃料ガスの
接触を防止することができる。又、同時に不活性ガスが
流出して不活性ガスの封入圧力が下がることによりリー
クを検出することが可能となる。
【００１２】各セルを流れる空気及び燃料ガスは、各々
上記ガス通路を通過するので、ガスの流れは良好であ
り、しかも空気極及び燃料極の平滑な外表面を電解質板
に接触させて支持させることができて、空気極からの電
子（電気）の電解質板への通りがよくなることから、反
応が促進されて電気化学性能（発電性能）を向上させる
ことが可能となる。
上記ガス通路を通過するので、ガスの流れは良好であ
り、しかも空気極及び燃料極の平滑な外表面を電解質板
に接触させて支持させることができて、空気極からの電
子（電気）の電解質板への通りがよくなることから、反
応が促進されて電気化学性能（発電性能）を向上させる
ことが可能となる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１４】図１乃至図５は本発明の一実施例を示すも
ので、１００〜２００μm の厚さを有する薄膜構造の電
解質板１を、空気極２と燃料極３で両面から挟み、空気
極２側に空気を供給するようにすると共に燃料極３側に
燃料ガスを供給するようにしてあるものを１セルＣと
し、各セルＣをセパレータ６を介して多層に積層するよ
うにしてある構成において、上記電解質板１の周辺部の
一側に、空気Ａの供給用マニホールド７と燃料ガスＦの
供給用マニホールド８を設けると共に、周辺部の他側
に、空気の排出用マニホールド９と燃料ガスの排出用マ
ニホールド１０を設け、更に、上記周辺部の一側のマニ
ホールド７と８の間と周辺部の他側のマニホールド９と
１０の間に、各々不活性ガス（窒素ガス又はアルゴンガ
ス）封入用のマニホールド１１と１２を設ける。又、上
記空気極２と燃料極３はセラミックスの焼結体で多孔質
体としてあり、その各周辺部の一側と他側に、上記電解
質板１に設けた空気と燃料ガスの各給排用マニホールド
７，８，９，１０と不活性ガス封入用マニホールド１
１，１２に対応させて、空気の給排用マニホールド７，
９と、燃料ガスの給排用マニホールド８，１０と、不活
性ガス封入用マニホールド１１，１２を設けると共に、
セルＣを仕切るセパレータ６の周辺部の一側と他側にも
同様に空気の給排用マニホールド７，９と、燃料ガスの
給排用マニホールド８，１０と、不活性ガス封入用マニ
ホールド１１，１２を設け、セルＣをセパレータ６を介
し積層したときに各マニホールド７，８，９，１０及び
１１，１２が積層方向に連通されて一連の流路が形成さ
れるようにする。上記空気極２の電解質板１に接する面
とは反対側の面（セパレータ６側の面）には、中央部に
一側から他側へ平行に延びるように設けた多数本の溝１
３ａと、両端部で空気の供給用マニホールド７と排出用
マニホールド９に集中するよう屈曲させて設けた屈曲溝
１３ｂとから上記マニホールド７と９を連通するガス通
路１３を形成し、同様に、燃料極３の電解質板１に接す
る面とは反対側の面（セパレータ６側の面）には、中央
部に一側から他側へ平行に延びるように設けた多数本の
溝１４ａと、両端部で燃料ガスの供給用マニホールド８
と排出用マニホールド１０に集中するよう屈曲させて設
けた屈曲溝１４ｂとから上記マニホールド８と１０を連
通するガス通路１４を形成し、空気極２側の空気Ａと燃
料極３側の燃料ガスＦが中央部分で平行流となるように
し、更に、上記空気極２の表裏両面における燃料ガス給
排用マニホールド８と１０の周辺部に、該マニホールド
８，１０を取り囲むように不活性ガス封入用溝１５ａと
１５ｂを囲繞形成すると共に、上記燃料極３の表裏両面
における空気の給排用マニホールド７と９の周辺部に、
該マニホールド７，９を取り囲むように不活性ガス封入
用溝１６ａと１６ｂを囲繞形成し、上記不活性ガス封入
用溝１５ａと１６ａを不活性ガス封入用のマニホールド
１１に、又、不活性ガス封入用溝１５ｂと１６ｂを不活
性ガス封入用のマニホールド１２にそれぞれ連通させ、
各不活性ガス封入用溝１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ
には、空気Ａや燃料ガスＦの圧力よりも高い圧力で不活
性ガスを封入しておくようにし、スタックの外に不活性
ガスの封入圧計測装置（図示せず）を設置する。
ので、１００〜２００μm の厚さを有する薄膜構造の電
解質板１を、空気極２と燃料極３で両面から挟み、空気
極２側に空気を供給するようにすると共に燃料極３側に
燃料ガスを供給するようにしてあるものを１セルＣと
し、各セルＣをセパレータ６を介して多層に積層するよ
うにしてある構成において、上記電解質板１の周辺部の
一側に、空気Ａの供給用マニホールド７と燃料ガスＦの
供給用マニホールド８を設けると共に、周辺部の他側
に、空気の排出用マニホールド９と燃料ガスの排出用マ
ニホールド１０を設け、更に、上記周辺部の一側のマニ
ホールド７と８の間と周辺部の他側のマニホールド９と
１０の間に、各々不活性ガス（窒素ガス又はアルゴンガ
ス）封入用のマニホールド１１と１２を設ける。又、上
記空気極２と燃料極３はセラミックスの焼結体で多孔質
体としてあり、その各周辺部の一側と他側に、上記電解
質板１に設けた空気と燃料ガスの各給排用マニホールド
７，８，９，１０と不活性ガス封入用マニホールド１
１，１２に対応させて、空気の給排用マニホールド７，
９と、燃料ガスの給排用マニホールド８，１０と、不活
性ガス封入用マニホールド１１，１２を設けると共に、
セルＣを仕切るセパレータ６の周辺部の一側と他側にも
同様に空気の給排用マニホールド７，９と、燃料ガスの
給排用マニホールド８，１０と、不活性ガス封入用マニ
ホールド１１，１２を設け、セルＣをセパレータ６を介
し積層したときに各マニホールド７，８，９，１０及び
１１，１２が積層方向に連通されて一連の流路が形成さ
れるようにする。上記空気極２の電解質板１に接する面
とは反対側の面（セパレータ６側の面）には、中央部に
一側から他側へ平行に延びるように設けた多数本の溝１
３ａと、両端部で空気の供給用マニホールド７と排出用
マニホールド９に集中するよう屈曲させて設けた屈曲溝
１３ｂとから上記マニホールド７と９を連通するガス通
路１３を形成し、同様に、燃料極３の電解質板１に接す
る面とは反対側の面（セパレータ６側の面）には、中央
部に一側から他側へ平行に延びるように設けた多数本の
溝１４ａと、両端部で燃料ガスの供給用マニホールド８
と排出用マニホールド１０に集中するよう屈曲させて設
けた屈曲溝１４ｂとから上記マニホールド８と１０を連
通するガス通路１４を形成し、空気極２側の空気Ａと燃
料極３側の燃料ガスＦが中央部分で平行流となるように
し、更に、上記空気極２の表裏両面における燃料ガス給
排用マニホールド８と１０の周辺部に、該マニホールド
８，１０を取り囲むように不活性ガス封入用溝１５ａと
１５ｂを囲繞形成すると共に、上記燃料極３の表裏両面
における空気の給排用マニホールド７と９の周辺部に、
該マニホールド７，９を取り囲むように不活性ガス封入
用溝１６ａと１６ｂを囲繞形成し、上記不活性ガス封入
用溝１５ａと１６ａを不活性ガス封入用のマニホールド
１１に、又、不活性ガス封入用溝１５ｂと１６ｂを不活
性ガス封入用のマニホールド１２にそれぞれ連通させ、
各不活性ガス封入用溝１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ
には、空気Ａや燃料ガスＦの圧力よりも高い圧力で不活
性ガスを封入しておくようにし、スタックの外に不活性
ガスの封入圧計測装置（図示せず）を設置する。
【００１５】空気極２へ供給される空気（Ｏ2 ガス）Ａ
は、空気供給用マニホールド７からガス通路１３に導入
され、該ガス通路１３を流される間に反応により酸素を
減少して空気排出用マニホールド９に集中させられ、該
排出用マニホールド９より排出される。この間に多孔質
体としての空気極２内を通って電解質板１に達した空気
（Ｏ2 ガス）から反応により生成された酸素イオンＯ--
は電解質板１を通して燃料極３へと到達させられる。一
方、燃料極３側では、燃料ガス（Ｈ2 ガス）Ｆが燃料ガ
ス供給用マニホールド８からガス通路１４へ導入され、
該ガス通路１４を流れる間に酸素イオンＯ--と反応させ
られた後、水（一部未反応水素を含む）として排出用マ
ニホールド１０より排出させられる。
は、空気供給用マニホールド７からガス通路１３に導入
され、該ガス通路１３を流される間に反応により酸素を
減少して空気排出用マニホールド９に集中させられ、該
排出用マニホールド９より排出される。この間に多孔質
体としての空気極２内を通って電解質板１に達した空気
（Ｏ2 ガス）から反応により生成された酸素イオンＯ--
は電解質板１を通して燃料極３へと到達させられる。一
方、燃料極３側では、燃料ガス（Ｈ2 ガス）Ｆが燃料ガ
ス供給用マニホールド８からガス通路１４へ導入され、
該ガス通路１４を流れる間に酸素イオンＯ--と反応させ
られた後、水（一部未反応水素を含む）として排出用マ
ニホールド１０より排出させられる。
【００１６】上記において、電解質板１を空気極２と燃
料極３で挟んでなるセルＣをセパレータ６を介して多層
に積層した場合は、図２の如く、空気Ａの給排用マニホ
ールド７，９、燃料ガスＦの給排用マニホールド８，１
０は積層方向に連続した流路となり、セルＣごとに空気
Ａは供給用マニホールド７からガス通路１３を通って排
出用マニホールド９へ導かれ、燃料ガスＦは供給用マニ
ホールド８からガス通路１４を通って排出用マニホール
ド１０へ導かれるが、空気の給排用マニホールド７と９
の部分又は燃料ガスの給排用マニホールド８と１０の部
分でリークが生じ、空気と燃料ガスとが接触が生じる
と、燃焼、爆発のおそれがあるため、マニホールド部の
シール性は重要である。固体電解質型燃料電池の運転中
においてシール性劣化等で空気の給排用マニホールド
７，９の部分又は燃料ガスの給排用マニホールド８，１
０の部分で空気又は燃料ガスのリークが発生したとする
と、これまでに提案されている固体電解質型燃料電池で
はリークによる空気と燃料ガスの混合の問題があるが、
本発明では、空気極２側には燃料ガスＦの給排用マニホ
ールド８と１０の周りに不活性ガス封入用溝１５ａ，１
５ｂを設け、且つ燃料極３側には空気Ａの給排用マニホ
ールド７と９の周りに不活性ガス封入用溝１６ａ，１６
ｂを設けた構成としてあり、且つ封入した不活性ガスの
圧力を空気や燃料ガスの圧力よりも高くしてあることか
ら、シール性劣化等で空気又は燃料ガスのリークが生じ
たとしても、リークによる空気と燃料ガスの混合を未然
に防止することができる。すなわち、空気極２側で燃料
ガスが給排用マニホールド８，１０の部分にてリークし
た場合は、不活性ガス封入用溝１５ａ，１５ｂに封入さ
れている窒素、アルゴンの如き不活性ガスが圧力差によ
り燃料ガスのマニホールド８，１０側へ流れることにな
って、燃料ガスと空気の混合を防止することができ、
又、燃料極３側で空気がリークした場合でも、同様に空
気のマニホールド７，９の周りの不活性ガス封入用溝１
６ａ，１６ｂに封入した不活性ガスが逆に空気のマニホ
ールド７，９へ流入することになって、空気と燃料ガス
の混合を防止することができる。これによりリークによ
る燃料ガスと空気の混合による燃焼、爆発のおそれを未
然に防止することができる。又、上記空気又は燃料ガス
のリーク時には、封入されている不活性ガスが空気又は
燃料ガスのマニホールドに流入して、封入ガス圧の低下
がもたらされるので、このガス圧力低下をスタックの外
に設置する図示しない不活性ガス封入圧計測装置にて検
出することにより、空気又は燃料ガスのリーク発生を検
出することができる。
料極３で挟んでなるセルＣをセパレータ６を介して多層
に積層した場合は、図２の如く、空気Ａの給排用マニホ
ールド７，９、燃料ガスＦの給排用マニホールド８，１
０は積層方向に連続した流路となり、セルＣごとに空気
Ａは供給用マニホールド７からガス通路１３を通って排
出用マニホールド９へ導かれ、燃料ガスＦは供給用マニ
ホールド８からガス通路１４を通って排出用マニホール
ド１０へ導かれるが、空気の給排用マニホールド７と９
の部分又は燃料ガスの給排用マニホールド８と１０の部
分でリークが生じ、空気と燃料ガスとが接触が生じる
と、燃焼、爆発のおそれがあるため、マニホールド部の
シール性は重要である。固体電解質型燃料電池の運転中
においてシール性劣化等で空気の給排用マニホールド
７，９の部分又は燃料ガスの給排用マニホールド８，１
０の部分で空気又は燃料ガスのリークが発生したとする
と、これまでに提案されている固体電解質型燃料電池で
はリークによる空気と燃料ガスの混合の問題があるが、
本発明では、空気極２側には燃料ガスＦの給排用マニホ
ールド８と１０の周りに不活性ガス封入用溝１５ａ，１
５ｂを設け、且つ燃料極３側には空気Ａの給排用マニホ
ールド７と９の周りに不活性ガス封入用溝１６ａ，１６
ｂを設けた構成としてあり、且つ封入した不活性ガスの
圧力を空気や燃料ガスの圧力よりも高くしてあることか
ら、シール性劣化等で空気又は燃料ガスのリークが生じ
たとしても、リークによる空気と燃料ガスの混合を未然
に防止することができる。すなわち、空気極２側で燃料
ガスが給排用マニホールド８，１０の部分にてリークし
た場合は、不活性ガス封入用溝１５ａ，１５ｂに封入さ
れている窒素、アルゴンの如き不活性ガスが圧力差によ
り燃料ガスのマニホールド８，１０側へ流れることにな
って、燃料ガスと空気の混合を防止することができ、
又、燃料極３側で空気がリークした場合でも、同様に空
気のマニホールド７，９の周りの不活性ガス封入用溝１
６ａ，１６ｂに封入した不活性ガスが逆に空気のマニホ
ールド７，９へ流入することになって、空気と燃料ガス
の混合を防止することができる。これによりリークによ
る燃料ガスと空気の混合による燃焼、爆発のおそれを未
然に防止することができる。又、上記空気又は燃料ガス
のリーク時には、封入されている不活性ガスが空気又は
燃料ガスのマニホールドに流入して、封入ガス圧の低下
がもたらされるので、このガス圧力低下をスタックの外
に設置する図示しない不活性ガス封入圧計測装置にて検
出することにより、空気又は燃料ガスのリーク発生を検
出することができる。
【００１７】なお、上記した実施例において、不活性ガ
ス封入用溝１５ａ，１６ａ及び１５ｂ，１６ｂへの不活
性ガスの封入は、セルＣの数層間ごとで行うようにする
こと、上記の実施例ではガス通路１３と１４を空気極２
と燃料極３の各片面に形成した場合を示したが、セパレ
ータ６の表裏両面に別々に形成するようにしたものでも
よいこと、又、本発明で採用したガスリーク対策は、固
体電解質型燃料電池のほかに、水素製造装置やその他水
素と酸素が混合するおそれがあるところに適用して有効
であること、等は勿論である。
ス封入用溝１５ａ，１６ａ及び１５ｂ，１６ｂへの不活
性ガスの封入は、セルＣの数層間ごとで行うようにする
こと、上記の実施例ではガス通路１３と１４を空気極２
と燃料極３の各片面に形成した場合を示したが、セパレ
ータ６の表裏両面に別々に形成するようにしたものでも
よいこと、又、本発明で採用したガスリーク対策は、固
体電解質型燃料電池のほかに、水素製造装置やその他水
素と酸素が混合するおそれがあるところに適用して有効
であること、等は勿論である。
【００１８】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の固体電解質型
燃料電池によれば、電解質板を空気極と燃料極で両面か
ら挟み、空気極側に空気を、燃料極側に燃料ガスをそれ
ぞれ流すようにしてあるものを１セルとし、各セルをセ
パレータを介して多層に積層するようにしてある固体電
解質型燃料電池において、上記セルを構成する電解質
板、空気極、燃料極を同じ大きさとして、該電解質板と
空気極及び燃料極とセパレータの各周辺部一側と他側の
両方に、空気と燃料ガスの各給排用マニホールドを形成
すると共に、不活性ガス封入用のマニホールドを形成
し、且つ上記各セルの空気極とセパレータとの間に空気
の供給用マニホールドと排出用マニホールドとを連通す
るガス通路を、又、上記各セルの燃料極のセパレータと
の間に燃料ガスの供給用マニホールドと排出用マニホー
ルドとを連通するガス通路をそれぞれ形成し、更に、上
記各セルの空気極に形成された燃料ガスの給排用の各マ
ニホールド周辺と、各セルの燃料極に形成された空気の
給排用の各マニホールド周辺に、それぞれ不活性ガス封
入用溝を囲繞形成し、該各不活性ガス封入用溝を不活性
ガス封入用マニホールドに連通させて、不活性ガスを空
気、燃料ガスより高圧で封入させた構成としてあるの
で、次の如き優れた効果を奏し得る。 (i) 運転中のシール性劣化等に伴い空気、燃料ガスがマ
ニホールド部でリークし、空気極側又は燃料極側でリー
クによる空気と燃料ガスが混合するおそれが生じた場合
は、不活性ガス封入用溝に封入しておいた不活性ガスが
圧力差で空気又は燃料ガスのマニホールド側へ流入する
ことにより空気と燃料ガスの混合を防止でき、両者の混
合により燃焼、爆発のおそれを未然に防止できる。 (ii)不活性ガス封入用溝に封入した不活性ガスが、リー
クを生じた空気又は燃料ガスのマニホールド側へ流入す
ることにより、封入した不活性ガスの圧力低下を来たす
ので、この不活性ガスの圧力低下によって燃料電池スタ
ックのリークを検出できる。 (iii) 電解質板に対して空気極と燃料極を全面にわたっ
て密着させることができて良好な接触性を確保できるよ
うにしてあるため、空気極側からの酸素イオンが電解質
板を通過して燃料極へ到達する際の電子（電気）の導通
性を良くすることができると共に、ガス通路も確保でき
てガスの流通性を良くすることができて、反応を促進さ
せて性能を向上させることができる。 (iv)上記(iii) における電解質板と電極との接触性が良
くなることから、電解質板を薄膜としてもその支持を強
固に行わせることができると共に、ガス通路を電極の内
部に形成することがないことから、電極の製作性を向上
させることができる。 (v) 周辺部にマニホールドを設けて、ガス通路をマニホ
ールドに集中させるようにしてあるので、マニホールド
部の構造を単純化させることができる。
燃料電池によれば、電解質板を空気極と燃料極で両面か
ら挟み、空気極側に空気を、燃料極側に燃料ガスをそれ
ぞれ流すようにしてあるものを１セルとし、各セルをセ
パレータを介して多層に積層するようにしてある固体電
解質型燃料電池において、上記セルを構成する電解質
板、空気極、燃料極を同じ大きさとして、該電解質板と
空気極及び燃料極とセパレータの各周辺部一側と他側の
両方に、空気と燃料ガスの各給排用マニホールドを形成
すると共に、不活性ガス封入用のマニホールドを形成
し、且つ上記各セルの空気極とセパレータとの間に空気
の供給用マニホールドと排出用マニホールドとを連通す
るガス通路を、又、上記各セルの燃料極のセパレータと
の間に燃料ガスの供給用マニホールドと排出用マニホー
ルドとを連通するガス通路をそれぞれ形成し、更に、上
記各セルの空気極に形成された燃料ガスの給排用の各マ
ニホールド周辺と、各セルの燃料極に形成された空気の
給排用の各マニホールド周辺に、それぞれ不活性ガス封
入用溝を囲繞形成し、該各不活性ガス封入用溝を不活性
ガス封入用マニホールドに連通させて、不活性ガスを空
気、燃料ガスより高圧で封入させた構成としてあるの
で、次の如き優れた効果を奏し得る。 (i) 運転中のシール性劣化等に伴い空気、燃料ガスがマ
ニホールド部でリークし、空気極側又は燃料極側でリー
クによる空気と燃料ガスが混合するおそれが生じた場合
は、不活性ガス封入用溝に封入しておいた不活性ガスが
圧力差で空気又は燃料ガスのマニホールド側へ流入する
ことにより空気と燃料ガスの混合を防止でき、両者の混
合により燃焼、爆発のおそれを未然に防止できる。 (ii)不活性ガス封入用溝に封入した不活性ガスが、リー
クを生じた空気又は燃料ガスのマニホールド側へ流入す
ることにより、封入した不活性ガスの圧力低下を来たす
ので、この不活性ガスの圧力低下によって燃料電池スタ
ックのリークを検出できる。 (iii) 電解質板に対して空気極と燃料極を全面にわたっ
て密着させることができて良好な接触性を確保できるよ
うにしてあるため、空気極側からの酸素イオンが電解質
板を通過して燃料極へ到達する際の電子（電気）の導通
性を良くすることができると共に、ガス通路も確保でき
てガスの流通性を良くすることができて、反応を促進さ
せて性能を向上させることができる。 (iv)上記(iii) における電解質板と電極との接触性が良
くなることから、電解質板を薄膜としてもその支持を強
固に行わせることができると共に、ガス通路を電極の内
部に形成することがないことから、電極の製作性を向上
させることができる。 (v) 周辺部にマニホールドを設けて、ガス通路をマニホ
ールドに集中させるようにしてあるので、マニホールド
部の構造を単純化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体電解質型燃料電池の一実施例を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図２】図１を分解して示す斜視図である。
【図３】空気極の平面図である。
【図４】電解質板の平面図である。
【図５】燃料極の平面図である。
【図６】従来の固体電解質型燃料電池の概略斜視図であ
る。
る。
１ 電解質板 ２ 空気極 ３ 燃料極 ６ セパレータ ７ 空気供給用マニホールド ８ 燃料ガス供給用マニホールド ９ 空気排出用マニホールド １０ 燃料ガス排出用マニホールド １１，１２ 不活性ガス封入用マニホールド １３，１４ ガス通路 １５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ 不活性ガス封入用溝 Ｃ セル Ａ 空気 Ｆ 燃料ガス
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−195655（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−47671（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−125369（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (1)
- 【請求項１】 電解質板を空気極と燃料極で両面から挟
み、空気極側に空気を、燃料極側に燃料ガスをそれぞれ
流すようにしてあるものを１セルとし、各セルをセパレ
ータを介して多層に積層するようにしてある固体電解質
型燃料電池において、上記セルを構成する電解質板、空
気極、燃料極を同じ大きさとして、該電解質板と空気極
及び燃料極とセパレータの各周辺部一側と他側の両方
に、空気と燃料ガスの各給排用マニホールドを形成する
と共に、不活性ガス封入用のマニホールドを形成し、且
つ上記各セルの空気極とセパレータとの間に空気の供給
用マニホールドと排出用マニホールドとを連通するガス
通路を、又、上記各セルの燃料極のセパレータとの間に
燃料ガスの供給用マニホールドと排出用マニホールドと
を連通するガス通路をそれぞれ形成し、更に、上記各セ
ルの空気極に形成された燃料ガスの給排用の各マニホー
ルド周辺と、各セルの燃料極に形成された空気の給排用
の各マニホールド周辺に、それぞれ不活性ガス封入用溝
を囲繞形成し、該各不活性ガス封入用溝を不活性ガス封
入用マニホールドに連通させて、不活性ガスを空気、燃
料ガスより高圧で封入させた構成を有することを特徴と
する固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03089415A JP3102052B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03089415A JP3102052B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04303566A JPH04303566A (ja) | 1992-10-27 |
| JP3102052B2 true JP3102052B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
ID=13970022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03089415A Expired - Fee Related JP3102052B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3102052B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005117179A1 (ja) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Nihon University | 固体酸化物形燃料電池及びそのシール方法 |
| JP2018507318A (ja) * | 2014-12-18 | 2018-03-15 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 加圧下で動作する水電気分解もしくは共電解を実施するリアクタ（ｓｏｅｃ）または燃料セル（ｓｏｆｃ）のための基本ユニット |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU1764700A (en) * | 1998-12-30 | 2000-07-24 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell fluid flow field plate and methods of making fuel cell flow field plates |
-
1991
- 1991-03-29 JP JP03089415A patent/JP3102052B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005117179A1 (ja) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Nihon University | 固体酸化物形燃料電池及びそのシール方法 |
| JPWO2005117179A1 (ja) * | 2004-05-28 | 2008-07-31 | 学校法人日本大学 | 固体酸化物形燃料電池及びそのシール方法 |
| JP5093645B2 (ja) * | 2004-05-28 | 2012-12-12 | 学校法人日本大学 | 固体酸化物形燃料電池及びそのシール方法 |
| JP2018507318A (ja) * | 2014-12-18 | 2018-03-15 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 加圧下で動作する水電気分解もしくは共電解を実施するリアクタ（ｓｏｅｃ）または燃料セル（ｓｏｆｃ）のための基本ユニット |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04303566A (ja) | 1992-10-27 |
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