JP3244308B2 - 固体電解質型燃料電池システム - Google Patents
固体電解質型燃料電池システムInfo
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- JP3244308B2 JP3244308B2 JP23599392A JP23599392A JP3244308B2 JP 3244308 B2 JP3244308 B2 JP 3244308B2 JP 23599392 A JP23599392 A JP 23599392A JP 23599392 A JP23599392 A JP 23599392A JP 3244308 B2 JP3244308 B2 JP 3244308B2
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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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池シ
ステムに関し、特に固体電解質型燃料電池システムの大
型化に関する。
ステムに関し、特に固体電解質型燃料電池システムの大
型化に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、供給されるガスの化学エネ
ルギーを直接電気エネルギーに変換するため、高い発電
効率が期待されている。特に、固体電解質型燃料電池
（ＳＯＦＣ）は、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ），溶融
炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）に次ぐ第三世代の燃料電
池として注目されている。具体的には、前記ＳＯＦＣは
約１０００℃という高温で作動するため、廃熱の利用を
含めると発電効率を前記ＰＡＦＣ，ＭＣＦＣと比べて向
上させることができる等の利点がある。したがって、近
年では、ＳＯＦＣの大型化を図り、大電流を取り出そう
とする研究が行われている。
ルギーを直接電気エネルギーに変換するため、高い発電
効率が期待されている。特に、固体電解質型燃料電池
（ＳＯＦＣ）は、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ），溶融
炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）に次ぐ第三世代の燃料電
池として注目されている。具体的には、前記ＳＯＦＣは
約１０００℃という高温で作動するため、廃熱の利用を
含めると発電効率を前記ＰＡＦＣ，ＭＣＦＣと比べて向
上させることができる等の利点がある。したがって、近
年では、ＳＯＦＣの大型化を図り、大電流を取り出そう
とする研究が行われている。
【０００３】ところで、前記ＳＯＦＣにおいて現在主に
用いられている電解質は、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）に８
mol ％程度のイットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）をドープして欠陥
蛍石構造とした安定化ジルコニア（ＹＳＺ）である。
用いられている電解質は、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）に８
mol ％程度のイットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）をドープして欠陥
蛍石構造とした安定化ジルコニア（ＹＳＺ）である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、電解質とし
て用いられる安定化ジルコニアはイオン伝導率が低いた
め、大電流を取り出すためには安定化ジルコニアを薄膜
として使用しなければならない。この場合、安定化ジル
コニアの機械的強度が弱くなるため、固体電解質型燃料
電池の大型化を図ることが困難である。
て用いられる安定化ジルコニアはイオン伝導率が低いた
め、大電流を取り出すためには安定化ジルコニアを薄膜
として使用しなければならない。この場合、安定化ジル
コニアの機械的強度が弱くなるため、固体電解質型燃料
電池の大型化を図ることが困難である。
【０００５】そこで、ＺｒＯ2 中にＡｌ2 Ｏ3 を混入さ
せることにより電解質板を高強度化することや，アノー
ド電極等を支持体に用い、該支持体の上にＺｒＯ2 を溶
射等の手法により付着させること（支持膜方式）等によ
り電解質板の大面積化を図る等の研究がなされている
が、いずれもＳＯＦＣの大型化に向けての根本的な対策
に至っていないのが現状である。
せることにより電解質板を高強度化することや，アノー
ド電極等を支持体に用い、該支持体の上にＺｒＯ2 を溶
射等の手法により付着させること（支持膜方式）等によ
り電解質板の大面積化を図る等の研究がなされている
が、いずれもＳＯＦＣの大型化に向けての根本的な対策
に至っていないのが現状である。
【０００６】また、例え１枚の電解質板で大面積のセル
を構成することができたとしても、セルが大型であるた
めガス供給孔からガス排出孔までの距離が長くなる。し
たがって、ガス供給孔側とガス排出孔側との間に温度差
が生じるため、スタック内での温度分布にばらつきが生
じるという課題を有する。本発明は上記課題に鑑み、ス
タック内での温度分布のばらつきを最低限に押さえると
共に、安定した性能を有する大型の固体電解質型燃料電
池システムを提供することを目的とする。
を構成することができたとしても、セルが大型であるた
めガス供給孔からガス排出孔までの距離が長くなる。し
たがって、ガス供給孔側とガス排出孔側との間に温度差
が生じるため、スタック内での温度分布にばらつきが生
じるという課題を有する。本発明は上記課題に鑑み、ス
タック内での温度分布のばらつきを最低限に押さえると
共に、安定した性能を有する大型の固体電解質型燃料電
池システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【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、以下のことを特徴とする。 電解質板を介
してアノードとカソードとが配されたセルと、セパレー
タとを複数積層させたスタックから成る固体電解質型燃
料電池システムにおいて、前記セパレータには、セルが
配置される複数の領域の夫々にガス通路が形成され、当
該ガス通路が形成された領域にセルを配置させること
で、前記セパレータとセパレータとの間に複数のセルが
配されていることを特徴とする。 前記セパレータに
おける前記各ガス通路の周囲には、セパレータを貫通す
る燃料ガス給排内部マニホールドと酸化剤ガス給排内部
マニホールドとが設けられ、且つ、前記内部マニホール
ドは、セパレータ中心に近い側がガス供給側であり、セ
パレータ外周に近い側がガス排出側であることを特徴と
する。 前記燃料ガス内部マニホールドを流れる燃料
ガスと、酸化剤ガス内部マニホールドを流れる酸化剤ガ
スとは、内部マニホールド積層方向において逆方向に流
れることを特徴とする。 前記セパレータにおける前
記各ガス通路の近傍にはセパレータを貫通する複数のク
ーリング孔が形成され、且つ、セパレータ外周に近いク
ーリング孔の内径はセパレータ中心に近いクーリング孔
の内径よりも大であることを特徴とする。
するため、以下のことを特徴とする。 電解質板を介
してアノードとカソードとが配されたセルと、セパレー
タとを複数積層させたスタックから成る固体電解質型燃
料電池システムにおいて、前記セパレータには、セルが
配置される複数の領域の夫々にガス通路が形成され、当
該ガス通路が形成された領域にセルを配置させること
で、前記セパレータとセパレータとの間に複数のセルが
配されていることを特徴とする。 前記セパレータに
おける前記各ガス通路の周囲には、セパレータを貫通す
る燃料ガス給排内部マニホールドと酸化剤ガス給排内部
マニホールドとが設けられ、且つ、前記内部マニホール
ドは、セパレータ中心に近い側がガス供給側であり、セ
パレータ外周に近い側がガス排出側であることを特徴と
する。 前記燃料ガス内部マニホールドを流れる燃料
ガスと、酸化剤ガス内部マニホールドを流れる酸化剤ガ
スとは、内部マニホールド積層方向において逆方向に流
れることを特徴とする。 前記セパレータにおける前
記各ガス通路の近傍にはセパレータを貫通する複数のク
ーリング孔が形成され、且つ、セパレータ外周に近いク
ーリング孔の内径はセパレータ中心に近いクーリング孔
の内径よりも大であることを特徴とする。
【０００８】
【作用】上記の構成によれば、セパレータとセパレー
タとの間の同一平面内に複数のセルを配することができ
るので、一平面におけるセルの総面積を増大することが
できる。したがって、電池の大型化を図ることができる
ので、大電流を取り出すことができる。この場合、一平
面における個々のセルの面積、即ち、１平面における個
々の電解質板の面積はセパレータの面積よりも小さいの
で、１枚の電解質板にかかる応力を小さくすることがで
きる。したがって、一平面に複数のセルを配した場合で
も、電解質板が破損する恐れがないので、電池の信頼性
を向上させることができる。また、個々のセルが小さい
ので、各セルにおけるガス供給孔（内部供給マニホール
ド）からガス排出孔（内部排出マニホールド）までの距
離を短くすることができる。したがって、ガス供給孔側
とガス排出孔側との温度差を小さくすることができるの
で、スタック内での温度分布のばらつきを減少させるこ
とができる。
タとの間の同一平面内に複数のセルを配することができ
るので、一平面におけるセルの総面積を増大することが
できる。したがって、電池の大型化を図ることができる
ので、大電流を取り出すことができる。この場合、一平
面における個々のセルの面積、即ち、１平面における個
々の電解質板の面積はセパレータの面積よりも小さいの
で、１枚の電解質板にかかる応力を小さくすることがで
きる。したがって、一平面に複数のセルを配した場合で
も、電解質板が破損する恐れがないので、電池の信頼性
を向上させることができる。また、個々のセルが小さい
ので、各セルにおけるガス供給孔（内部供給マニホール
ド）からガス排出孔（内部排出マニホールド）までの距
離を短くすることができる。したがって、ガス供給孔側
とガス排出孔側との温度差を小さくすることができるの
で、スタック内での温度分布のばらつきを減少させるこ
とができる。
【０００９】上記の構成によれば、燃料ガス及び酸化
剤ガスを、それぞれ同一平面内で中央部から外周部に向
けて流すことができるので、同一平面内での温度分布の
均一化を図ることができる。上記の構成であれば、内
部マニホールド積層方向において、燃料ガスと酸化剤ガ
スの流れる方向が逆方向なので、反応熱の上下方向への
分散が良く、内部マニホールド積層方向における温度分
布の均一化を図ることができる。
剤ガスを、それぞれ同一平面内で中央部から外周部に向
けて流すことができるので、同一平面内での温度分布の
均一化を図ることができる。上記の構成であれば、内
部マニホールド積層方向において、燃料ガスと酸化剤ガ
スの流れる方向が逆方向なので、反応熱の上下方向への
分散が良く、内部マニホールド積層方向における温度分
布の均一化を図ることができる。
【００１０】上記の構成であれば、複数のクーリング
ガス孔を介してスタック内にクーリング用のガスを供給
することができるので、スタック内での温度分布のばら
つきを最低限に押さえることができる。加えて、電池反
応後の高温のガスが流れる外周部において大流量のクー
リングガスを流すことができるので、スタック内の電池
温度の均一化を図ることができる。
ガス孔を介してスタック内にクーリング用のガスを供給
することができるので、スタック内での温度分布のばら
つきを最低限に押さえることができる。加えて、電池反
応後の高温のガスが流れる外周部において大流量のクー
リングガスを流すことができるので、スタック内の電池
温度の均一化を図ることができる。
【００１１】
【実施例】 〔実施例１〕図１は本発明の一実施例に係る固体電解質
型燃料電池システムの概略斜視図（一部断面）であり、
最下層に燃料ガス給排プレート３を配置し、その上に順
次、図３に示すように、セル１３とセパレータ２とを交
互に複数積層させ、最上層に酸化剤ガス給排プレート４
を積層させて成るスタック９を、上下２枚の挟持板７ａ
・７ｂで挟持し、且つ、これら挟持板７ａ・７ｂを４本
の支持棒８によって支持した構造である。
型燃料電池システムの概略斜視図（一部断面）であり、
最下層に燃料ガス給排プレート３を配置し、その上に順
次、図３に示すように、セル１３とセパレータ２とを交
互に複数積層させ、最上層に酸化剤ガス給排プレート４
を積層させて成るスタック９を、上下２枚の挟持板７ａ
・７ｂで挟持し、且つ、これら挟持板７ａ・７ｂを４本
の支持棒８によって支持した構造である。
【００１２】上記セル１３は、図３に示すように、８％
イットリアで安定化したジルコニアの焼成体から成る固
体電解質板１（外寸；５０mm×５０mm）の上下両面に、
ランタンマンガネート等のペロブスカイト型酸化物から
成るカソード１１と，ニッケルジルコニアサーメットか
ら成るアノード１２とをそれぞれ配した構造である。こ
のセル１３は、セパレータ２とセパレータ２との間の同
一平面に複数個（図示例では４個）マトリックス状に配
置されている。
イットリアで安定化したジルコニアの焼成体から成る固
体電解質板１（外寸；５０mm×５０mm）の上下両面に、
ランタンマンガネート等のペロブスカイト型酸化物から
成るカソード１１と，ニッケルジルコニアサーメットか
ら成るアノード１２とをそれぞれ配した構造である。こ
のセル１３は、セパレータ２とセパレータ２との間の同
一平面に複数個（図示例では４個）マトリックス状に配
置されている。
【００１３】上記セパレータ２は、図２に示すように、
セル１３が配置される領域Ａ1 〜Ａ 4 に燃料ガス通路２
１が形成され、この領域を取り囲むように、燃料ガス供
給内部マニホールド３３ａ・３３ｂ，燃料ガス排出内部
マニホールド３４ａ・３４ｂ，酸化剤ガス供給内部マニ
ホールド４３ａ・４３ｂ，酸化剤ガス排出内部マニホー
ルド４４ａ・４４ｂ，及びクーリングガス孔６がそれぞ
れセパレータ２を貫通して形成されている。尚、燃料ガ
ス供給内部マニホールド３３ａ・３３ｂ，及び酸化剤ガ
ス供給内部マニホールド４３ａ・４３ｂはセパレータ２
の中央部に設けられ、燃料ガス排出内部マニホールド３
４ａ・３４ｂ，及び酸化剤ガス排出内部マニホールド４
４ａ・４４ｂはセパレータ２の中央部から遠ざかる位置
に設けられている。前記クーリングガス孔６は、セパレ
ータ２の中央部（各ガスＩＮ側）は小さく、外周部（各
ガスＯＵＴ側）は大きくなっており、反応による発熱に
よって外周部での温度上昇を低減させるため、ＯＵＴ側
において大流量のクーリングガスが流れるような構造と
なっている。前記領域Ａ1 〜Ａ4 に相当するセパレータ
２下面には、酸化剤ガス通路２２が形成されている。セ
パレータ２上下面の両通路２１・２２は、いずれも複数
のリブ部２３間に設けた溝状の窪みであるが、リブ部２
３の長手方向を上下面で直交させることによって、上下
面の通路２１・２２は互いに直交方向にガスを流すよう
になっている。また、前記セパレータ２は、ニッケルク
ロム合金（インコネル６００，６０１）等の耐熱性金属
から成る導電体で構成されているので、各層のセル１３
は図４の等価回路に示すように、電気的に並列に接続さ
れることになる。
セル１３が配置される領域Ａ1 〜Ａ 4 に燃料ガス通路２
１が形成され、この領域を取り囲むように、燃料ガス供
給内部マニホールド３３ａ・３３ｂ，燃料ガス排出内部
マニホールド３４ａ・３４ｂ，酸化剤ガス供給内部マニ
ホールド４３ａ・４３ｂ，酸化剤ガス排出内部マニホー
ルド４４ａ・４４ｂ，及びクーリングガス孔６がそれぞ
れセパレータ２を貫通して形成されている。尚、燃料ガ
ス供給内部マニホールド３３ａ・３３ｂ，及び酸化剤ガ
ス供給内部マニホールド４３ａ・４３ｂはセパレータ２
の中央部に設けられ、燃料ガス排出内部マニホールド３
４ａ・３４ｂ，及び酸化剤ガス排出内部マニホールド４
４ａ・４４ｂはセパレータ２の中央部から遠ざかる位置
に設けられている。前記クーリングガス孔６は、セパレ
ータ２の中央部（各ガスＩＮ側）は小さく、外周部（各
ガスＯＵＴ側）は大きくなっており、反応による発熱に
よって外周部での温度上昇を低減させるため、ＯＵＴ側
において大流量のクーリングガスが流れるような構造と
なっている。前記領域Ａ1 〜Ａ4 に相当するセパレータ
２下面には、酸化剤ガス通路２２が形成されている。セ
パレータ２上下面の両通路２１・２２は、いずれも複数
のリブ部２３間に設けた溝状の窪みであるが、リブ部２
３の長手方向を上下面で直交させることによって、上下
面の通路２１・２２は互いに直交方向にガスを流すよう
になっている。また、前記セパレータ２は、ニッケルク
ロム合金（インコネル６００，６０１）等の耐熱性金属
から成る導電体で構成されているので、各層のセル１３
は図４の等価回路に示すように、電気的に並列に接続さ
れることになる。
【００１４】上記燃料ガス給排プレート３は、ニッケル
クロム合金（インコネル６００，６０１）等の耐熱性金
属から成り、プレート３上面には前記セパレータ２と同
様な構成のリブ部（図示せず）が形成され、このプレー
ト３の上面に接して配されるセル１３のアノード１２に
燃料ガスを供給する燃料ガス通路（図示せず）を形成し
ている。前記燃料ガス給排プレート３の一方の対向側面
には、図５に示すように、燃料ガス供給管３１ａ・３１
ｂが接続され、他方の対向側面には燃料ガス排出管３２
ａ・３２ｂが接続されている。前記燃料ガス供給管３１
ａは、スタック９内を積層方向に貫通する２個の燃料ガ
ス供給内部マニホールド３３ａと連通しており、前記燃
料ガス供給管３１ｂは、スタック９内を積層方向に貫通
する２個の燃料ガス供給内部マニホールド３３ｂと連通
している。また、前記燃料ガス排出管３２ａは、スタッ
ク９内を積層方向に貫通する２個の燃料ガス排出内部マ
ニホールド３４ａと連通しており、前記燃料ガス排出管
３２ｂは、スタック９内を積層方向に貫通する２個の燃
料ガス排出内部マニホールド３４ｂと連通している。
クロム合金（インコネル６００，６０１）等の耐熱性金
属から成り、プレート３上面には前記セパレータ２と同
様な構成のリブ部（図示せず）が形成され、このプレー
ト３の上面に接して配されるセル１３のアノード１２に
燃料ガスを供給する燃料ガス通路（図示せず）を形成し
ている。前記燃料ガス給排プレート３の一方の対向側面
には、図５に示すように、燃料ガス供給管３１ａ・３１
ｂが接続され、他方の対向側面には燃料ガス排出管３２
ａ・３２ｂが接続されている。前記燃料ガス供給管３１
ａは、スタック９内を積層方向に貫通する２個の燃料ガ
ス供給内部マニホールド３３ａと連通しており、前記燃
料ガス供給管３１ｂは、スタック９内を積層方向に貫通
する２個の燃料ガス供給内部マニホールド３３ｂと連通
している。また、前記燃料ガス排出管３２ａは、スタッ
ク９内を積層方向に貫通する２個の燃料ガス排出内部マ
ニホールド３４ａと連通しており、前記燃料ガス排出管
３２ｂは、スタック９内を積層方向に貫通する２個の燃
料ガス排出内部マニホールド３４ｂと連通している。
【００１５】上記酸化剤ガス給排プレート４も、前記燃
料ガス給排プレート３と同様にニッケルクロム合金（イ
ンコネル６００，６０１）等の耐熱性金属から成り、プ
レート４下面にはリブ部（図示せず）が形成され、この
プレート４の下面に接して配されるセル１３のカソード
１１に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路（図示せ
ず）を形成している。前記酸化剤ガス給排プレート４
も、図５の燃料ガス給排プレート３と同様の構成であ
り、一方の対向側面には酸化剤ガス供給管４１ａ・４１
ｂが接続され、他方の対向側面には酸化剤ガス排出管４
２ａ・４２ｂが接続されている。前記酸化剤ガス供給管
４１ａは、スタック９内を積層方向に貫通する２個の酸
化剤ガス供給内部マニホールド４３ａと連通しており、
前記酸化剤ガス供給管４１ｂは、スタック９内を積層方
向に貫通する２個の酸化剤ガス供給内部マニホールド４
３ｂと連通している。また、前記酸化剤ガス排出管４２
ａは、スタック９内を積層方向に貫通する２個の酸化剤
ガス排出内部マニホールド４４ａと連通しており、前記
酸化剤ガス排出管４２ｂは、スタック９内を積層方向に
貫通する２個の酸化剤ガス排出内部マニホールド４４ｂ
と連通している。
料ガス給排プレート３と同様にニッケルクロム合金（イ
ンコネル６００，６０１）等の耐熱性金属から成り、プ
レート４下面にはリブ部（図示せず）が形成され、この
プレート４の下面に接して配されるセル１３のカソード
１１に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路（図示せ
ず）を形成している。前記酸化剤ガス給排プレート４
も、図５の燃料ガス給排プレート３と同様の構成であ
り、一方の対向側面には酸化剤ガス供給管４１ａ・４１
ｂが接続され、他方の対向側面には酸化剤ガス排出管４
２ａ・４２ｂが接続されている。前記酸化剤ガス供給管
４１ａは、スタック９内を積層方向に貫通する２個の酸
化剤ガス供給内部マニホールド４３ａと連通しており、
前記酸化剤ガス供給管４１ｂは、スタック９内を積層方
向に貫通する２個の酸化剤ガス供給内部マニホールド４
３ｂと連通している。また、前記酸化剤ガス排出管４２
ａは、スタック９内を積層方向に貫通する２個の酸化剤
ガス排出内部マニホールド４４ａと連通しており、前記
酸化剤ガス排出管４２ｂは、スタック９内を積層方向に
貫通する２個の酸化剤ガス排出内部マニホールド４４ｂ
と連通している。
【００１６】次に、上記の如く構成された固体電解質型
燃料電池におけるガスの流れについて、図６を用いて説
明する。尚、図中、破線矢印及び実線矢印は、燃料ガス
及び酸化剤ガスの流れをそれぞれ示す。先ず、スタック
９最下層の燃料ガス給排プレート３に接続された燃料ガ
ス供給管３１ａ・３１ｂを介して供給された燃料ガス
は、セパレータ２の中央部に設けられた燃料ガス供給内
部マニホールド３３ａ・３３ｂを通ってスタック９の上
層方向へと流れる間に、各セル１３のアノード１２に略
均一に分配される。そして、後述する酸化剤ガスと電池
反応を行った後、セパレータ２の外周部に設けられた燃
料ガス排出内部マニホールド３４ａ・３４ｂを通ってス
タック９の下層方向へと流れ、燃料ガス排出管３２ａ・
３２ｂを介して電池外に排出される。
燃料電池におけるガスの流れについて、図６を用いて説
明する。尚、図中、破線矢印及び実線矢印は、燃料ガス
及び酸化剤ガスの流れをそれぞれ示す。先ず、スタック
９最下層の燃料ガス給排プレート３に接続された燃料ガ
ス供給管３１ａ・３１ｂを介して供給された燃料ガス
は、セパレータ２の中央部に設けられた燃料ガス供給内
部マニホールド３３ａ・３３ｂを通ってスタック９の上
層方向へと流れる間に、各セル１３のアノード１２に略
均一に分配される。そして、後述する酸化剤ガスと電池
反応を行った後、セパレータ２の外周部に設けられた燃
料ガス排出内部マニホールド３４ａ・３４ｂを通ってス
タック９の下層方向へと流れ、燃料ガス排出管３２ａ・
３２ｂを介して電池外に排出される。
【００１７】一方、スタック９最上層の酸化剤ガス給排
プレート４に接続された酸化剤ガス供給管４１ａ・４１
ｂを介して供給された酸化剤ガスは、セパレータ２の中
央部に設けられた酸化剤ガス供給内部マニホールド４３
ａ・４３ｂを通ってスタック９の下層方向へと流れる間
に、各セル１３のカソード１１に略均一に分配される。
そして、上述の燃料ガスと電池反応を行った後、セパレ
ータ２の外周部に設けられた酸化剤ガス排出内部マニホ
ールド４４ａ・４４ｂを通ってスタック９の上層方向へ
と流れ、酸化剤ガス排出管４２ａ・４２ｂを介して電池
外に排出される。
プレート４に接続された酸化剤ガス供給管４１ａ・４１
ｂを介して供給された酸化剤ガスは、セパレータ２の中
央部に設けられた酸化剤ガス供給内部マニホールド４３
ａ・４３ｂを通ってスタック９の下層方向へと流れる間
に、各セル１３のカソード１１に略均一に分配される。
そして、上述の燃料ガスと電池反応を行った後、セパレ
ータ２の外周部に設けられた酸化剤ガス排出内部マニホ
ールド４４ａ・４４ｂを通ってスタック９の上層方向へ
と流れ、酸化剤ガス排出管４２ａ・４２ｂを介して電池
外に排出される。
【００１８】ここで、前記セパレータ２の外周部には電
池反応後の高温の燃料ガス，及び酸化剤ガスが流れる燃
料ガス排出内部マニホールド３４ａ・３４ｂ，及び酸化
剤ガス排出内部マニホールド４４ａ・４４ｂが設けられ
ているため、スタック内の電池温度はセパレータ２の中
央部よりも外周部の方が高くなる。しかしながら、この
温度の高い外周部には、大流量のクーリングガスが流れ
るので、スタック９内の電池温度の均一化を図ることが
できる。
池反応後の高温の燃料ガス，及び酸化剤ガスが流れる燃
料ガス排出内部マニホールド３４ａ・３４ｂ，及び酸化
剤ガス排出内部マニホールド４４ａ・４４ｂが設けられ
ているため、スタック内の電池温度はセパレータ２の中
央部よりも外周部の方が高くなる。しかしながら、この
温度の高い外周部には、大流量のクーリングガスが流れ
るので、スタック９内の電池温度の均一化を図ることが
できる。
【００１９】このようにして作製したスタックを以下、
（Ａ）スタックと称する。 〔実施例２〕セパレータ２にクーリングガス孔６を設け
ない他は、上記実施例１と同様にしてスタックを作製し
た。このようにして作製したスタックを以下、（Ｂ）ス
タックと称する。 〔実施例３〕セパレータ２にクーリングガス孔６を設け
ず、且つ、燃料ガス及び酸化剤ガスを外周部から中央部
に向けて流す構造とする他は、上記実施例１と同様にし
てスタックを作製した。
（Ａ）スタックと称する。 〔実施例２〕セパレータ２にクーリングガス孔６を設け
ない他は、上記実施例１と同様にしてスタックを作製し
た。このようにして作製したスタックを以下、（Ｂ）ス
タックと称する。 〔実施例３〕セパレータ２にクーリングガス孔６を設け
ず、且つ、燃料ガス及び酸化剤ガスを外周部から中央部
に向けて流す構造とする他は、上記実施例１と同様にし
てスタックを作製した。
【００２０】このようにして作製したスタックを以下、
（Ｃ）スタックと称する。 〔実施例４〕燃料ガス及び酸化剤ガスを、スタック積層
方向に関して同一方向（即ち、スタック最下層から最上
層）へ流す構造とする他は、上記実施例１と同様にして
スタックを作製した。
（Ｃ）スタックと称する。 〔実施例４〕燃料ガス及び酸化剤ガスを、スタック積層
方向に関して同一方向（即ち、スタック最下層から最上
層）へ流す構造とする他は、上記実施例１と同様にして
スタックを作製した。
【００２１】このようにして作製したスタックを以下、
（Ｄ）スタックと称する。 〔実験１〕上記本発明の（Ａ）〜（Ｄ）スタックを用い
て、運転時間と単セル当りの電圧との関係を調べたの
で、その結果を図７に示す。尚、実験は酸化剤ガスとし
て空気を，燃料ガスとして水素を用いると共に、３００
ｍＡ／cm2 の定電流で放電するという条件であり、この
際の酸素の利用率（Ｕox）と燃料の利用率（Ｕf ）とは
共に３０％である。
（Ｄ）スタックと称する。 〔実験１〕上記本発明の（Ａ）〜（Ｄ）スタックを用い
て、運転時間と単セル当りの電圧との関係を調べたの
で、その結果を図７に示す。尚、実験は酸化剤ガスとし
て空気を，燃料ガスとして水素を用いると共に、３００
ｍＡ／cm2 の定電流で放電するという条件であり、この
際の酸素の利用率（Ｕox）と燃料の利用率（Ｕf ）とは
共に３０％である。
【００２２】図７から明らかなように、（Ａ）スタック
は（Ｂ）〜（Ｄ）スタックと比較して電池寿命特性が最
も安定に推移していることが認められる。したがって、
（Ａ）スタックのように、クーリングガス孔６を設け、
燃料ガス及び酸化剤ガスを中央部から外周部に向けて流
し、且つ、燃料ガス及び酸化剤ガスをスタック積層方向
に関して逆方向に流す構造とするのが最も好ましいと思
われる。 〔実験２〕本発明の（Ａ）〜（Ｄ）スタック内の温度差
ΔＴ（ΔＴ＝Ｔmax −Ｔmin ）を調べたので、その結果
を図８に示す。尚、実験は（Ａ）スタック内の温度差Δ
Ｔを１００として行った。
は（Ｂ）〜（Ｄ）スタックと比較して電池寿命特性が最
も安定に推移していることが認められる。したがって、
（Ａ）スタックのように、クーリングガス孔６を設け、
燃料ガス及び酸化剤ガスを中央部から外周部に向けて流
し、且つ、燃料ガス及び酸化剤ガスをスタック積層方向
に関して逆方向に流す構造とするのが最も好ましいと思
われる。 〔実験２〕本発明の（Ａ）〜（Ｄ）スタック内の温度差
ΔＴ（ΔＴ＝Ｔmax −Ｔmin ）を調べたので、その結果
を図８に示す。尚、実験は（Ａ）スタック内の温度差Δ
Ｔを１００として行った。
【００２３】図８から明らかなように、（Ａ）スタック
は（Ｂ）〜（Ｄ）スタックと比較してスタック内の温度
差が最も少ないことが認められる。また、（Ｃ）スタッ
クでは初期出力が著しく低下していることも確認され
た。したがって、（Ａ）スタックのように、クーリング
ガス孔６を設け、燃料ガス及び酸化剤ガスを中央部から
外周部に向けて流し、且つ、燃料ガス及び酸化剤ガスを
スタック積層方向に関して逆方向に流す構造とするのが
最も好ましいと思われる。
は（Ｂ）〜（Ｄ）スタックと比較してスタック内の温度
差が最も少ないことが認められる。また、（Ｃ）スタッ
クでは初期出力が著しく低下していることも確認され
た。したがって、（Ａ）スタックのように、クーリング
ガス孔６を設け、燃料ガス及び酸化剤ガスを中央部から
外周部に向けて流し、且つ、燃料ガス及び酸化剤ガスを
スタック積層方向に関して逆方向に流す構造とするのが
最も好ましいと思われる。
【００２４】上記実施例１によれば、クーリング用の空
気，燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ同一平面内で中
央部から外周部に向けて流すことができるので、同一平
面内での温度分布の均一化を図ることができる。更に
は、内部マニホールド積層方向において、燃料ガスと酸
化剤ガスの流れる方向が逆方向なので、反応熱の上下方
向への分散が良く、内部マニホールド積層方向における
温度分布の均一化を図ることも可能である。 〔その他の事項〕 上記実施例においては、同一平面内に４個（２×
２）のセルを配したが、例えば、６個（２×３），９個
（３×３）等にすることも可能である。但し、同一平面
内に４個（２×２）のセルを配した場合には、全てのセ
ルの排出口がセパレータの外周に位置するので、最も好
ましい。 クーリング用の空気は、酸化剤ガス供給用プレート
４から酸化剤ガスと共にスタック内に送られる構造とな
っているが、クーリング用の空気を酸化剤ガスと別々に
供給する構造をとることも可能である。 下側から燃料ガスを流し、上側から酸化剤ガスを流
したが、各ガスの流れる方向を逆にすることも勿論可能
である。
気，燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ同一平面内で中
央部から外周部に向けて流すことができるので、同一平
面内での温度分布の均一化を図ることができる。更に
は、内部マニホールド積層方向において、燃料ガスと酸
化剤ガスの流れる方向が逆方向なので、反応熱の上下方
向への分散が良く、内部マニホールド積層方向における
温度分布の均一化を図ることも可能である。 〔その他の事項〕 上記実施例においては、同一平面内に４個（２×
２）のセルを配したが、例えば、６個（２×３），９個
（３×３）等にすることも可能である。但し、同一平面
内に４個（２×２）のセルを配した場合には、全てのセ
ルの排出口がセパレータの外周に位置するので、最も好
ましい。 クーリング用の空気は、酸化剤ガス供給用プレート
４から酸化剤ガスと共にスタック内に送られる構造とな
っているが、クーリング用の空気を酸化剤ガスと別々に
供給する構造をとることも可能である。 下側から燃料ガスを流し、上側から酸化剤ガスを流
したが、各ガスの流れる方向を逆にすることも勿論可能
である。
【００２５】
【発明の効果】以上の本発明によれば、セパレータとセ
パレータとの間の同一平面内に複数のセルを配すること
ができるので、一平面におけるセルの総面積を増大する
ことができる。したがって、電池の大型化を図ることが
できるので、大電流を取り出すことができる。この場
合、一平面における個々のセルの面積、即ち、１平面に
おける個々の電解質板の面積はセパレータの面積よりも
小さいので、１枚の電解質板にかかる応力を小さくする
ことができる。したがって、一平面に複数のセルを配し
た場合でも、電解質板が破損する恐れがないので、電池
の信頼性を向上させることができる。また、個々のセル
が小さいので、各セルにおけるガス供給孔（内部供給マ
ニホールド）からガス排出孔（内部排出マニホールド）
までの距離を短くすることができる。したがって、ガス
供給孔側とガス排出孔側との温度差を小さくすることが
できるので、スタック内での温度分布のばらつきを減少
させることができるといった優れた効果を奏する。
パレータとの間の同一平面内に複数のセルを配すること
ができるので、一平面におけるセルの総面積を増大する
ことができる。したがって、電池の大型化を図ることが
できるので、大電流を取り出すことができる。この場
合、一平面における個々のセルの面積、即ち、１平面に
おける個々の電解質板の面積はセパレータの面積よりも
小さいので、１枚の電解質板にかかる応力を小さくする
ことができる。したがって、一平面に複数のセルを配し
た場合でも、電解質板が破損する恐れがないので、電池
の信頼性を向上させることができる。また、個々のセル
が小さいので、各セルにおけるガス供給孔（内部供給マ
ニホールド）からガス排出孔（内部排出マニホールド）
までの距離を短くすることができる。したがって、ガス
供給孔側とガス排出孔側との温度差を小さくすることが
できるので、スタック内での温度分布のばらつきを減少
させることができるといった優れた効果を奏する。
【図１】本発明の一実施例に係る固体電解質型燃料電池
システムの概略斜視図（一部断面）である。
システムの概略斜視図（一部断面）である。
【図２】本発明の一実施例に係る固体電解質型燃料電池
システムにおけるセパレータの平面図である。
システムにおけるセパレータの平面図である。
【図３】本発明の一実施例に係る固体電解質型燃料電池
システムの一部分を示すＸ−Ｘ線断面斜視図である。
システムの一部分を示すＸ−Ｘ線断面斜視図である。
【図４】本発明の一実施例に係る固体電解質型燃料電池
システムの等価回路図である。
システムの等価回路図である。
【図５】本発明の一実施例に係る固体電解質型燃料電池
システムの燃料ガス給排プレートの概略斜視図である。
システムの燃料ガス給排プレートの概略斜視図である。
【図６】本発明の一実施例に係る固体電解質型燃料電池
システムのガスの流れを示す模式図である。
システムのガスの流れを示す模式図である。
【図７】本発明の（Ａ）〜（Ｄ）スタックにおける運転
時間（ｈｒ）と単セル当りの電圧（Ｖ）との関係を示す
グラフである。
時間（ｈｒ）と単セル当りの電圧（Ｖ）との関係を示す
グラフである。
【図８】本発明の（Ａ）〜（Ｄ）スタックにおけるスタ
ック内の温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ max −Ｔmin ）を示すグ
ラフである。
ック内の温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ max −Ｔmin ）を示すグ
ラフである。
１ 電解質板 ２ セパレータ ９ スタック １１ カソード １２ アノード １３ セル
フロントページの続き (72)発明者 村上 修三 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (72)発明者 齋藤 俊彦 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−248273（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−276566（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−274173（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/24 H01M 8/02 H01M 8/12
Claims (4)
- 【請求項１】 電解質板を介してアノードとカソードと
が配されたセルと、セパレータとを複数積層させたスタ
ックから成る固体電解質型燃料電池システムにおいて、前記セパレータには、セルが配置される複数の領域の夫
々にガス通路が形成され、 当該ガス通路が形成された領域にセルを配置させること
で、 前記セパレータとセパレータとの間に複数のセルが
配されていることを特徴とする固体電解質型燃料電池シ
ステム。 - 【請求項２】 前記セパレータにおける前記各ガス通路
の周囲には、セパレータを貫通する燃料ガス給排内部マ
ニホールドと酸化剤ガス給排内部マニホールドとが設け
られ、且つ、前記内部マニホールドは、セパレータ中心
に近い側がガス供給側であり、セパレータ外周に近い側
がガス排出側であることを特徴とする請求項１記載の固
体電解質型燃料電池システム。 - 【請求項３】 前記燃料ガス内部マニホールドを流れる
燃料ガスと、酸化剤ガス内部マニホールドを流れる酸化
剤ガスとは、内部マニホールド積層方向において逆方向
に流れることを特徴とする請求項２記載の固体電解質型
燃料電池システム。 - 【請求項４】 前記セパレータにおける前記各ガス通路
の近傍にはセパレータを貫通する複数のクーリング孔が
形成され、且つ、セパレータ外周に近いクーリング孔の
内径はセパレータ中心に近いクーリング孔の内径よりも
大であることを特徴とする請求項３記載の固体電解質型
燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23599392A JP3244308B2 (ja) | 1991-09-03 | 1992-09-03 | 固体電解質型燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-222789 | 1991-09-03 | ||
| JP22278991 | 1991-09-03 | ||
| JP23599392A JP3244308B2 (ja) | 1991-09-03 | 1992-09-03 | 固体電解質型燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05266910A JPH05266910A (ja) | 1993-10-15 |
| JP3244308B2 true JP3244308B2 (ja) | 2002-01-07 |
Family
ID=26525087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23599392A Expired - Lifetime JP3244308B2 (ja) | 1991-09-03 | 1992-09-03 | 固体電解質型燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3244308B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3702848B2 (ja) * | 2002-01-10 | 2005-10-05 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池 |
| CA2490448A1 (en) | 2002-06-28 | 2004-01-08 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell and fuel cell stack |
| US7645537B2 (en) * | 2003-10-15 | 2010-01-12 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Multi-cell fuel cell layer and system |
| JP2006260871A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
| JP4949737B2 (ja) * | 2006-05-29 | 2012-06-13 | 日本電信電話株式会社 | 固体酸化物形燃料電池セルスタックおよび固体酸化物形燃料電池 |
| JP5211706B2 (ja) * | 2007-01-25 | 2013-06-12 | 三菱マテリアル株式会社 | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP5242933B2 (ja) * | 2007-03-30 | 2013-07-24 | 東邦瓦斯株式会社 | 燃料電池モジュール |
| US10096844B2 (en) | 2013-10-03 | 2018-10-09 | Hamilton Sundstrand Corporation | Manifold for plural fuel cell stacks |
-
1992
- 1992-09-03 JP JP23599392A patent/JP3244308B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05266910A (ja) | 1993-10-15 |
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