JP3443875B2 - 燃料電池 - Google Patents
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- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
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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
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- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リン酸塩型、溶融炭酸
塩型、固体電解質型等の燃料電池に関する。
塩型、固体電解質型等の燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】一般にリン酸塩型、溶融炭酸塩
型、固体電解質型等の燃料電池では、アノード極及びカ
ソード極をそれぞれ表裏面に設けた電解質からなる単セ
ルとインタコネクタとを積み重ねた構造のものがある。
このタイプの燃料電池は、高出力化を図るために電解質
をできる限り薄膜化する必要がある。逆に、大容量化の
ためには単セルを大面積化する必要があり、単セルを大
面積化すればする程単セルにかかる応力も大きくなるの
で、単セルの厚みを厚くして機械的強度をあげなければ
ならない。従って、燃料電池を高出力化すると共に大容
量化することは困難であった。
型、固体電解質型等の燃料電池では、アノード極及びカ
ソード極をそれぞれ表裏面に設けた電解質からなる単セ
ルとインタコネクタとを積み重ねた構造のものがある。
このタイプの燃料電池は、高出力化を図るために電解質
をできる限り薄膜化する必要がある。逆に、大容量化の
ためには単セルを大面積化する必要があり、単セルを大
面積化すればする程単セルにかかる応力も大きくなるの
で、単セルの厚みを厚くして機械的強度をあげなければ
ならない。従って、燃料電池を高出力化すると共に大容
量化することは困難であった。
【０００３】この対策として、インタコネクタ相互間に
複数の単セルを並べて配設する構造が提案されている。
この場合、燃料電池に供給される燃料ガスや酸化ガスの
流路が問題となる。すなわち、燃料ガスや酸化ガスの流
路が長くなると、ガス供給口から排出口に至るまでの過
程でガスの消費が進み、排出口に近いほどガスの濃度が
低くなるからである。面状に並べて配設された複数の単
セル間においてガスの濃度分布が斑になると、発電斑が
起きて単セル内部に温度斑が発生し、熱応力によって単
セルに割れやひび等が発生する心配がある。また、燃料
電池に発生する電流の密度にも斑ができ、アノード極や
カソード極を劣化させる原因にもなる。
複数の単セルを並べて配設する構造が提案されている。
この場合、燃料電池に供給される燃料ガスや酸化ガスの
流路が問題となる。すなわち、燃料ガスや酸化ガスの流
路が長くなると、ガス供給口から排出口に至るまでの過
程でガスの消費が進み、排出口に近いほどガスの濃度が
低くなるからである。面状に並べて配設された複数の単
セル間においてガスの濃度分布が斑になると、発電斑が
起きて単セル内部に温度斑が発生し、熱応力によって単
セルに割れやひび等が発生する心配がある。また、燃料
電池に発生する電流の密度にも斑ができ、アノード極や
カソード極を劣化させる原因にもなる。
【０００４】そこで、本発明の課題は、インタコネクタ
相互間に複数の単セルを面状に並べて配設する構造を有
し、かつガスの濃度分布斑が小さい燃料電池を提供する
ことにある。
相互間に複数の単セルを面状に並べて配設する構造を有
し、かつガスの濃度分布斑が小さい燃料電池を提供する
ことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用】以上の課題を解決
するため、本発明に係る燃料電池は、（ａ） 電解質と
この電解質の表裏面にそれぞれ設けられたアノード極及
びカソード極からなる矩形状単セルと、インタコネクタ
とを積み重ねた積層構造体を有し、（ｂ）前記インタコ
ネクタの間に前記矩形状単セルを縦横それぞれ二列にな
るように離隔して面状に並設し、（ｃ）前記インタコネ
クタにガス流通用孔を田の字状に配設し、前記矩形状単
セルのそれぞれの周囲にガスマニホルドを設け、（ｄ）
前記ガスマニホルドにガスを供給する、端部が分岐した
枝状構造のガス流通路を有しているガス集配部を、前記
積層構造体の端部に設けた、ことを特徴とする。インタ
コネクタに配設されたガス流通用孔の略半分がガス供給
路として用いられ、残りのガス流通用孔がガス排出路と
して用いられる。
するため、本発明に係る燃料電池は、（ａ） 電解質と
この電解質の表裏面にそれぞれ設けられたアノード極及
びカソード極からなる矩形状単セルと、インタコネクタ
とを積み重ねた積層構造体を有し、（ｂ）前記インタコ
ネクタの間に前記矩形状単セルを縦横それぞれ二列にな
るように離隔して面状に並設し、（ｃ）前記インタコネ
クタにガス流通用孔を田の字状に配設し、前記矩形状単
セルのそれぞれの周囲にガスマニホルドを設け、（ｄ）
前記ガスマニホルドにガスを供給する、端部が分岐した
枝状構造のガス流通路を有しているガス集配部を、前記
積層構造体の端部に設けた、ことを特徴とする。インタ
コネクタに配設されたガス流通用孔の略半分がガス供給
路として用いられ、残りのガス流通用孔がガス排出路と
して用いられる。
【０００６】また、前記ガス流通路は先端に向かって２
の乗数の単位、つまり２分割の単位で順に分割されてい
るものが好ましい。この構造であればガスの流れがより
均等になる。以上の構成において、ガス（燃料ガスある
いは酸化ガス）は供給路として用いられるガス流通用孔
からアノード極あるいはカソード極に供給される。供給
されたガスは電解質を介して電極反応を起こす。反応後
のガスは排出路として用いられるガス流通用孔を通って
排出される。ガス流通用孔を一部に含んでいる各ガスマ
ニホルドには、端部が分岐した枝状構造をしているガス
流通路を有しているガス集配部から均一にガスが供給さ
れる。そして、各ガスマニホルドはインタコネクタの間
に並設された矩形状単セルのそれぞれの周囲に位置して
いるため、ガスは矩形状単セルに対して均等に供給さ
れ、かつ排出される。従って、ガスの濃度分布が斑にな
るという事態が生じない。
の乗数の単位、つまり２分割の単位で順に分割されてい
るものが好ましい。この構造であればガスの流れがより
均等になる。以上の構成において、ガス（燃料ガスある
いは酸化ガス）は供給路として用いられるガス流通用孔
からアノード極あるいはカソード極に供給される。供給
されたガスは電解質を介して電極反応を起こす。反応後
のガスは排出路として用いられるガス流通用孔を通って
排出される。ガス流通用孔を一部に含んでいる各ガスマ
ニホルドには、端部が分岐した枝状構造をしているガス
流通路を有しているガス集配部から均一にガスが供給さ
れる。そして、各ガスマニホルドはインタコネクタの間
に並設された矩形状単セルのそれぞれの周囲に位置して
いるため、ガスは矩形状単セルに対して均等に供給さ
れ、かつ排出される。従って、ガスの濃度分布が斑にな
るという事態が生じない。
【０００７】
【実施例】以下、本発明に係る燃料電池の一実施例を添
付図面を参照して説明する。図１は固体電解質型燃料電
池本体の構成を示すものである。固体電解質１は矩形状
をしており、その材料としてはＹ2Ｏ3を８mol％添加さ
れて安定したＺｒＯ2等が用いられている。カソード極
２は固体電解質１の上面に形成され、アノード極３は固
体電解質１の下面に形成されている。カソード極２は
（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3等のペロブスカイト型酸化物導
電材料からなり、アノード極３はＮｉ・ＺｒＯ2サーメ
ット等からなる。固体電解質１とカソード極２とアノー
ド極３は、グリーンシート状にされたそれぞれの原料を
積み重ねて圧着した後、共焼結（同時に焼成すること）
することにより、カソード極２とアノード極３をそれぞ
れ上下面に設けた固体電解質１、すなわち、矩形状単セ
ル４とされる。単セル４は縦横それぞれ二列になるよう
に離隔して面状に配置される。
付図面を参照して説明する。図１は固体電解質型燃料電
池本体の構成を示すものである。固体電解質１は矩形状
をしており、その材料としてはＹ2Ｏ3を８mol％添加さ
れて安定したＺｒＯ2等が用いられている。カソード極
２は固体電解質１の上面に形成され、アノード極３は固
体電解質１の下面に形成されている。カソード極２は
（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3等のペロブスカイト型酸化物導
電材料からなり、アノード極３はＮｉ・ＺｒＯ2サーメ
ット等からなる。固体電解質１とカソード極２とアノー
ド極３は、グリーンシート状にされたそれぞれの原料を
積み重ねて圧着した後、共焼結（同時に焼成すること）
することにより、カソード極２とアノード極３をそれぞ
れ上下面に設けた固体電解質１、すなわち、矩形状単セ
ル４とされる。単セル４は縦横それぞれ二列になるよう
に離隔して面状に配置される。
【０００８】各単セル４の上面にはそれぞれ集電体５
が、カソード極２に接触した状態で配置される。集電体
５は（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3等からなる多孔質体からな
る。各単セル４の下面にはそれぞれ集電体６が、アノー
ド極３に接触した状態で配置される。集電体６はＮｉメ
ッシュ等からなる。ガスケット１０は田の字形状をして
おり、左右方向の中央柱部に酸化ガス供給用孔１０ａを
１６個設け、外枠部の手前側及び奥側に酸化ガス排出用
孔１０ｂをそれぞれ８個設けている。ガスケット１０は
四つの穴部１０ｃにそれぞれ集電体５を挿入した状態で
単セル４の上面に配置される。
が、カソード極２に接触した状態で配置される。集電体
５は（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3等からなる多孔質体からな
る。各単セル４の下面にはそれぞれ集電体６が、アノー
ド極３に接触した状態で配置される。集電体６はＮｉメ
ッシュ等からなる。ガスケット１０は田の字形状をして
おり、左右方向の中央柱部に酸化ガス供給用孔１０ａを
１６個設け、外枠部の手前側及び奥側に酸化ガス排出用
孔１０ｂをそれぞれ８個設けている。ガスケット１０は
四つの穴部１０ｃにそれぞれ集電体５を挿入した状態で
単セル４の上面に配置される。
【０００９】同様に、ガスケット１１は田の字形状をし
ており、左右方向の中央柱部に酸化ガス供給用孔１１ａ
を１６個設け、前後方向の中央柱部に燃料ガス供給用孔
１１ｂを１６個設け、外枠部の手前側及び奥側に酸化ガ
ス排出用孔１１ｃをそれぞれ８個設け、さらに外枠部の
右側及び左側に燃料ガス排出用孔１１ｄをそれぞれ８個
設けている。ガスケット１１は４つの穴部１１ｅにそれ
ぞれ集電体５（あるいは６）を挿入した状態で単セル４
の上面（あるいは下面）に配置される。
ており、左右方向の中央柱部に酸化ガス供給用孔１１ａ
を１６個設け、前後方向の中央柱部に燃料ガス供給用孔
１１ｂを１６個設け、外枠部の手前側及び奥側に酸化ガ
ス排出用孔１１ｃをそれぞれ８個設け、さらに外枠部の
右側及び左側に燃料ガス排出用孔１１ｄをそれぞれ８個
設けている。ガスケット１１は４つの穴部１１ｅにそれ
ぞれ集電体５（あるいは６）を挿入した状態で単セル４
の上面（あるいは下面）に配置される。
【００１０】ガスケット１２（図２及び図３参照）は田
の字形状をしており、前後方向の中央柱部に燃料ガス供
給用孔１２ａを１６個設け、外枠部の左側及び右側に燃
料ガス排出用孔１２ｂをそれぞれ８個設けている。ガス
ケット１２は四つの穴部１２ｃにそれぞれ集電体６を挿
入した状態で単セル４の下面に配置される。ガスケット
１０と１１、ガスケット１１と１１あるいはガスケット
１１と１２は縁部において接合し、酸化ガスや燃料ガス
を外気から遮断する。これらのガスケット１０〜１２は
セラミックファイバーとガラスの複合材等からなる。
の字形状をしており、前後方向の中央柱部に燃料ガス供
給用孔１２ａを１６個設け、外枠部の左側及び右側に燃
料ガス排出用孔１２ｂをそれぞれ８個設けている。ガス
ケット１２は四つの穴部１２ｃにそれぞれ集電体６を挿
入した状態で単セル４の下面に配置される。ガスケット
１０と１１、ガスケット１１と１１あるいはガスケット
１１と１２は縁部において接合し、酸化ガスや燃料ガス
を外気から遮断する。これらのガスケット１０〜１２は
セラミックファイバーとガラスの複合材等からなる。
【００１１】インタコネクタ２０は中央部の左右方向に
酸化ガス供給用孔２０ａを１６個設け、手前側及び奥側
の縁部に酸化ガス排出用孔２０ｂをそれぞれ８個設けて
いる。インタコネクタ２０の下面には複数の溝２０ｃ
（図２及び図３参照）が所定の間隔で設けられており、
この溝２０ｃによって酸化ガス３０がカソード極２にゆ
きわたる。このインタコネクタ２０は燃料電池の上部に
配置される。
酸化ガス供給用孔２０ａを１６個設け、手前側及び奥側
の縁部に酸化ガス排出用孔２０ｂをそれぞれ８個設けて
いる。インタコネクタ２０の下面には複数の溝２０ｃ
（図２及び図３参照）が所定の間隔で設けられており、
この溝２０ｃによって酸化ガス３０がカソード極２にゆ
きわたる。このインタコネクタ２０は燃料電池の上部に
配置される。
【００１２】インタコネクタ２１は中央部の左右方向に
酸化ガス供給用孔２１ａを１６個設け、中央部の前後方
向に燃料ガス供給用孔２１ｂを１６個設け、手前側及び
奥側の縁部に酸化ガス排出用孔２１ｃをそれぞれ８個設
け、さらに右側及び左側の縁部に燃料ガス排出用孔２１
ｄをそれぞれ８個設けている。インタコネクタ２１の上
面及び下面にはそれぞれ複数の溝２１ｅ，２１ｆ（図２
及び図３参照）が所定の間隔で設けられており、溝２１
ｅによって燃料ガス３１がアノード極３にゆきわたり、
溝２１ｆによって空気３０がカソード極２にゆきわた
る。
酸化ガス供給用孔２１ａを１６個設け、中央部の前後方
向に燃料ガス供給用孔２１ｂを１６個設け、手前側及び
奥側の縁部に酸化ガス排出用孔２１ｃをそれぞれ８個設
け、さらに右側及び左側の縁部に燃料ガス排出用孔２１
ｄをそれぞれ８個設けている。インタコネクタ２１の上
面及び下面にはそれぞれ複数の溝２１ｅ，２１ｆ（図２
及び図３参照）が所定の間隔で設けられており、溝２１
ｅによって燃料ガス３１がアノード極３にゆきわたり、
溝２１ｆによって空気３０がカソード極２にゆきわた
る。
【００１３】インタコネクタ２２（図２及び図３参照）
は中央部の前後方向に燃料ガス供給用孔２２ａを１６個
設け、右側及び左側の縁部に燃料ガス排出用孔２２ｂを
それぞれ８個設けている。インタコネクタ２２の上面に
は複数の溝２２ｃが所定の間隔で設けられており、この
溝２２ｃによって燃料ガス３１がアノード極３にゆきわ
たる。このインタコネクタ２２は燃料電池の下部に配置
される。インタコネクタ２０〜２２の材料としては、ニ
ッケルクロム合金等の耐熱性合金が用いられる。
は中央部の前後方向に燃料ガス供給用孔２２ａを１６個
設け、右側及び左側の縁部に燃料ガス排出用孔２２ｂを
それぞれ８個設けている。インタコネクタ２２の上面に
は複数の溝２２ｃが所定の間隔で設けられており、この
溝２２ｃによって燃料ガス３１がアノード極３にゆきわ
たる。このインタコネクタ２２は燃料電池の下部に配置
される。インタコネクタ２０〜２２の材料としては、ニ
ッケルクロム合金等の耐熱性合金が用いられる。
【００１４】以上の単セル４、集電体５，６、ガスケッ
ト１０〜１２及びインタコネクタ２０〜２２を積み重ね
て固体電解質型燃料電池とする。酸化ガス供給用マニホ
ルドは孔２０ａ，１０ａ，１１ａ，２１ａ及び単セル４
相互間の間隙が連通することにより形成され、酸化ガス
排出用マニホルドは孔２０ｂ，１０ｂ，１１ｃ，２１ｃ
が連通することにより形成され、燃料ガス供給用マニホ
ルドは孔２２ａ，１２ａ，１１ｂ，２１ｂ及び単セル４
相互間の間隙が連通することにより形成され、燃料ガス
排出用マニホルドは孔２２ｂ，１２ｂ，１１ｄ，２１ｄ
が連通することにより形成される。
ト１０〜１２及びインタコネクタ２０〜２２を積み重ね
て固体電解質型燃料電池とする。酸化ガス供給用マニホ
ルドは孔２０ａ，１０ａ，１１ａ，２１ａ及び単セル４
相互間の間隙が連通することにより形成され、酸化ガス
排出用マニホルドは孔２０ｂ，１０ｂ，１１ｃ，２１ｃ
が連通することにより形成され、燃料ガス供給用マニホ
ルドは孔２２ａ，１２ａ，１１ｂ，２１ｂ及び単セル４
相互間の間隙が連通することにより形成され、燃料ガス
排出用マニホルドは孔２２ｂ，１２ｂ，１１ｄ，２１ｄ
が連通することにより形成される。
【００１５】次に、燃料電池本体の動作について図２及
び図３を参照して説明する。燃料ガス３１は、インタコ
ネクタ２２の燃料ガス用供給孔２２ａから燃料ガス供給
用マニホルドを通って各単セル４のアノード極３に導か
れる。同様に、酸化ガス３０はインタコネクタ２０の酸
化ガス用供給孔２０ａから酸化ガス供給用マニホルドを
通って各単セル４のカソード極２に導かれる。燃料電池
の内部は高温（約１０００℃）に保持されており、カソ
ード極２に供給された酸化ガス３０とアノード極３に供
給された燃料ガス３１とが固体電解質１を介して電極反
応を起こし、単セル４の厚み方向に電流が流れる。反応
後の燃料ガス３１は燃料ガス排出用マニホルドを通って
インタコネクタ２２の燃料ガス用排出孔２２ｂから排出
される。同様に反応後の酸化ガス３０は酸化ガス排出用
マニホルドを通ってインタコネクタ２０の酸化ガス用排
出孔２０ｂから排出される。酸化ガス供給用マニホルド
と燃料ガス供給用マニホルドはインタコネクタの間に面
状に並設された単セル４のそれぞれの周囲に位置してい
るため、酸化ガス３０と燃料ガス３１は、これらの単セ
ル４に対して均等に供給される。
び図３を参照して説明する。燃料ガス３１は、インタコ
ネクタ２２の燃料ガス用供給孔２２ａから燃料ガス供給
用マニホルドを通って各単セル４のアノード極３に導か
れる。同様に、酸化ガス３０はインタコネクタ２０の酸
化ガス用供給孔２０ａから酸化ガス供給用マニホルドを
通って各単セル４のカソード極２に導かれる。燃料電池
の内部は高温（約１０００℃）に保持されており、カソ
ード極２に供給された酸化ガス３０とアノード極３に供
給された燃料ガス３１とが固体電解質１を介して電極反
応を起こし、単セル４の厚み方向に電流が流れる。反応
後の燃料ガス３１は燃料ガス排出用マニホルドを通って
インタコネクタ２２の燃料ガス用排出孔２２ｂから排出
される。同様に反応後の酸化ガス３０は酸化ガス排出用
マニホルドを通ってインタコネクタ２０の酸化ガス用排
出孔２０ｂから排出される。酸化ガス供給用マニホルド
と燃料ガス供給用マニホルドはインタコネクタの間に面
状に並設された単セル４のそれぞれの周囲に位置してい
るため、酸化ガス３０と燃料ガス３１は、これらの単セ
ル４に対して均等に供給される。
【００１６】次に、図４に示すように、燃料電池本体の
上下にそれぞれガス集配板４０，４１を配設する。ガス
集配板４１は図５に示すように、上面に燃料ガス供給溝
４４および燃料ガス排出溝４５が設けられている。燃料
ガス供給溝４４及び燃料ガス排出溝４５は、それぞれ一
方の端部に燃料ガス供給口４４ｂ及び燃料ガスは、口４
５ｂを設けている。他方の端部は分岐して枝状構造をし
ており、それぞれの終端部４４ａ及び４５ａはインタコ
ネクタ２２の燃料ガス供給用孔２２ａ及び燃料ガス排出
用孔２２ｂに連通する位置に設けられている。
上下にそれぞれガス集配板４０，４１を配設する。ガス
集配板４１は図５に示すように、上面に燃料ガス供給溝
４４および燃料ガス排出溝４５が設けられている。燃料
ガス供給溝４４及び燃料ガス排出溝４５は、それぞれ一
方の端部に燃料ガス供給口４４ｂ及び燃料ガスは、口４
５ｂを設けている。他方の端部は分岐して枝状構造をし
ており、それぞれの終端部４４ａ及び４５ａはインタコ
ネクタ２２の燃料ガス供給用孔２２ａ及び燃料ガス排出
用孔２２ｂに連通する位置に設けられている。
【００１７】同様に、ガス集配板４０は下面に酸化ガス
供給溝４２及び酸化ガス排出溝４３が設けられている。
酸化ガス供給溝４２及び酸化ガス排出溝４３は、それぞ
れ一方の端部に酸化ガス供給口４２ｂ及び酸化ガス排出
口４３ｂを設けている。他方の端部は分岐して枝状構造
をしており、それぞれの終端部４２ａ，４３ａはインタ
コネクタ２０の酸化ガス供給用孔２０ａ及び酸化ガス排
出孔２０ｂに連通する位置に設けられている。ガス集配
板４０，４１の材料としては、ニッケルクロム合金等の
耐熱性合金が用いられる。
供給溝４２及び酸化ガス排出溝４３が設けられている。
酸化ガス供給溝４２及び酸化ガス排出溝４３は、それぞ
れ一方の端部に酸化ガス供給口４２ｂ及び酸化ガス排出
口４３ｂを設けている。他方の端部は分岐して枝状構造
をしており、それぞれの終端部４２ａ，４３ａはインタ
コネクタ２０の酸化ガス供給用孔２０ａ及び酸化ガス排
出孔２０ｂに連通する位置に設けられている。ガス集配
板４０，４１の材料としては、ニッケルクロム合金等の
耐熱性合金が用いられる。
【００１８】以上の構成からなる燃料電池において、酸
化ガス供給口４２ｂに流入した酸化ガス３０は端部が分
岐した枝状構造をしている酸化ガス供給溝４２を通っ
て、インタコネクタ２０に設けられている酸化ガス用供
給孔２０ａのそれぞれに均一に供給される。同様に、燃
料ガス供給口４４ｂに流入した燃料ガス３１は端部が分
岐した枝状構造をしている燃料ガス供給溝４４を通っ
て、インタコネクタ２２に設けられている燃料ガス用供
給孔２２ａのそれぞれに均一に供給される。そして、酸
化ガス排出用マニホルドと燃料ガス排出用マニホルドは
インタコネクタの間に面状に並設された単セル４のそれ
ぞれの周囲に位置しているため、反応後の酸化ガス３０
と燃料ガス３１はこれらの単セル４に対して均等に排出
される。この結果、酸化ガス３０及び燃料ガス３１が単
セル４に対して均等に供給され、かつ排出されるので、
ガス濃度分布斑が小さい固体電解質型燃料電池が得られ
る。また、ガス集配板４０，４１は、供給された酸化ガ
スや燃料ガスを燃料電池本体内に導入する前に予め加熱
する機能を有すると共に、燃料電池本体を冷却して過熱
から燃料電池を保護する機能を有する。
化ガス供給口４２ｂに流入した酸化ガス３０は端部が分
岐した枝状構造をしている酸化ガス供給溝４２を通っ
て、インタコネクタ２０に設けられている酸化ガス用供
給孔２０ａのそれぞれに均一に供給される。同様に、燃
料ガス供給口４４ｂに流入した燃料ガス３１は端部が分
岐した枝状構造をしている燃料ガス供給溝４４を通っ
て、インタコネクタ２２に設けられている燃料ガス用供
給孔２２ａのそれぞれに均一に供給される。そして、酸
化ガス排出用マニホルドと燃料ガス排出用マニホルドは
インタコネクタの間に面状に並設された単セル４のそれ
ぞれの周囲に位置しているため、反応後の酸化ガス３０
と燃料ガス３１はこれらの単セル４に対して均等に排出
される。この結果、酸化ガス３０及び燃料ガス３１が単
セル４に対して均等に供給され、かつ排出されるので、
ガス濃度分布斑が小さい固体電解質型燃料電池が得られ
る。また、ガス集配板４０，４１は、供給された酸化ガ
スや燃料ガスを燃料電池本体内に導入する前に予め加熱
する機能を有すると共に、燃料電池本体を冷却して過熱
から燃料電池を保護する機能を有する。
【００１９】こうして得られた固体電解質型燃料電池を
１０００℃にて稼動させた際の発電特性評価結果を図６
に示す（実線５１）。ここに、単セル４は一辺が１２ｃ
ｍの正方形をしており、燃料ガスとして過湿水素ガスを
用い、酸化ガスとして空気を用いた。インタコネクタ２
０〜２２の材料としては高温耐酸化性に優れているイン
コネル６００（ニッケル７４％、クロム１５％、鉄８
％）を使用した。比較のため、図６にはインタコネクタ
の間に単セルを一つしか配設しない構造の固体電解質型
燃料電池の評価結果（一点鎖線５２）と、ガス集配板を
備えない固体電解質型燃料電池の評価結果（点線５３）
とを合わせて記載している。
１０００℃にて稼動させた際の発電特性評価結果を図６
に示す（実線５１）。ここに、単セル４は一辺が１２ｃ
ｍの正方形をしており、燃料ガスとして過湿水素ガスを
用い、酸化ガスとして空気を用いた。インタコネクタ２
０〜２２の材料としては高温耐酸化性に優れているイン
コネル６００（ニッケル７４％、クロム１５％、鉄８
％）を使用した。比較のため、図６にはインタコネクタ
の間に単セルを一つしか配設しない構造の固体電解質型
燃料電池の評価結果（一点鎖線５２）と、ガス集配板を
備えない固体電解質型燃料電池の評価結果（点線５３）
とを合わせて記載している。
【００２０】図６に示すように、開回路状態（端子電流
が０［Ａ］）での端子電圧は、三者ともに略理論値通り
１．０４［Ｖ］であった。一方、本実施例の燃料電池は
端子電流が増加しても端子電圧の低下量は小さい。とこ
ろが、比較例の燃料電池は端子電流が増加するにつれて
端子電圧が急速に低下している。特に、本実施例の燃料
電池の発電量は、インタコネクタの間に単セルを一つし
か配設しない構造の固体電解質型燃料電池の発電量の略
４倍であることが認められる。また、ガス集配板４０，
４１を備えない場合は、酸化ガス供給用マニホルドや燃
料ガス供給用マニホルドに酸化ガスや燃料ガスを均一に
供給することが不十分であるため、ガス濃度分布斑の抑
制が不十分であることが認められる。
が０［Ａ］）での端子電圧は、三者ともに略理論値通り
１．０４［Ｖ］であった。一方、本実施例の燃料電池は
端子電流が増加しても端子電圧の低下量は小さい。とこ
ろが、比較例の燃料電池は端子電流が増加するにつれて
端子電圧が急速に低下している。特に、本実施例の燃料
電池の発電量は、インタコネクタの間に単セルを一つし
か配設しない構造の固体電解質型燃料電池の発電量の略
４倍であることが認められる。また、ガス集配板４０，
４１を備えない場合は、酸化ガス供給用マニホルドや燃
料ガス供給用マニホルドに酸化ガスや燃料ガスを均一に
供給することが不十分であるため、ガス濃度分布斑の抑
制が不十分であることが認められる。
【００２１】なお、本発明に係る燃料電池は前記実施例
に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変
形することができる。前記実施例では固体電解質型燃料
電池について説明したが、リン酸塩型や溶融炭酸塩型の
燃料電池であってもよい。また、ガス集配板のガス流通
路は、必ずしもガス集配板の表面に設けた溝である必要
はない。例えば、ガス集配板を水平方向に２分割し、そ
れぞれの分割面に溝を形成した後、分割面を接合するこ
とにより、ガス集配板内部に管状のガス流通路を設けて
もよい。
に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変
形することができる。前記実施例では固体電解質型燃料
電池について説明したが、リン酸塩型や溶融炭酸塩型の
燃料電池であってもよい。また、ガス集配板のガス流通
路は、必ずしもガス集配板の表面に設けた溝である必要
はない。例えば、ガス集配板を水平方向に２分割し、そ
れぞれの分割面に溝を形成した後、分割面を接合するこ
とにより、ガス集配板内部に管状のガス流通路を設けて
もよい。
【００２２】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、各ガスマニホルドには端部が分岐した枝状構造
をしているガス流通路を有しているガス集配部から均一
にガスが供給され、各ガスマニホルドはインタコネクタ
の間に並設された矩形状単セルのそれぞれの周囲に位置
しているので、ガスは各単セルに対して均等に供給かつ
排出され、ガス濃度分布斑を抑えることができる。この
結果、単セル内部に温度斑が発生しにくく、熱応力によ
る単セルの割れやひび等も発生しない、大出力かつ大容
量の燃料電池が得られる。また、燃料電池に発生する電
流の密度も一様となり、アノード極やカソード極を劣化
させる心配もない。
よれば、各ガスマニホルドには端部が分岐した枝状構造
をしているガス流通路を有しているガス集配部から均一
にガスが供給され、各ガスマニホルドはインタコネクタ
の間に並設された矩形状単セルのそれぞれの周囲に位置
しているので、ガスは各単セルに対して均等に供給かつ
排出され、ガス濃度分布斑を抑えることができる。この
結果、単セル内部に温度斑が発生しにくく、熱応力によ
る単セルの割れやひび等も発生しない、大出力かつ大容
量の燃料電池が得られる。また、燃料電池に発生する電
流の密度も一様となり、アノード極やカソード極を劣化
させる心配もない。
【００２３】また、ガス集配部を、燃料電池本体の端部
に設けることにより、供給ガスの予熱効果及び燃料電池
本体の冷却効果が得られ、燃料電池を小型化できる。
に設けることにより、供給ガスの予熱効果及び燃料電池
本体の冷却効果が得られ、燃料電池を小型化できる。
【図１】本発明に係る燃料電池の一実施例を示すもの
で、燃料電池本体の組立て斜視図。
で、燃料電池本体の組立て斜視図。
【図２】図１のII−II断面図。
【図３】図１のIII−III断面図。
【図４】図１に示した燃料電池本体とガス集配板の組立
て斜視図。
て斜視図。
【図５】図４に示したガス集配板の平面図。
【図６】図４に示した燃料電池の発電特性を示すグラ
フ。
フ。
１…固体電解質
２…カソード極
３…アノード極
４…単セル
２１…インタコネクタ
２１ａ…酸化ガス供給用孔（ガス流通用孔）
２１ｂ…燃料ガス供給用孔（ガス流通用孔）
２１ｃ…酸化ガス排出用孔（ガス流通用孔）
２１ｄ…燃料ガス排出用孔（ガス流通用孔）
４０，４１…ガス集配板
４２…酸化ガス供給溝
４３…酸化ガス排出溝
４４…燃料ガス供給溝
４５…燃料ガス排出溝
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭64−84579（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−53862（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−15161（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−267071（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 8/24
H01M 8/02
H01M 8/12
Claims (2)
- 【請求項１】 電解質とこの電解質の表裏面にそれぞれ
設けられたアノード極及びカソード極からなる矩形状単
セルと、インタコネクタとを積み重ねた積層構造体を有
し、 前記インタコネクタの間に、前記矩形状単セルを縦横そ
れぞれ二列になるように離隔して面状に並設し、 前記インタコネクタにガス流通用孔を田の字状に配設
し、前記矩形状単セルのそれぞれの周囲にガスマニホル
ドを設け、 前記ガスマニホルドにガスを供給する、端部が分岐した
枝状構造のガス流通路を有しているガス集配部を、前記
積層構造体の端部に設けた、 ことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 ガス流通路が先端に向かって２分割され
ていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13764693A JP3443875B2 (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13764693A JP3443875B2 (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06349511A JPH06349511A (ja) | 1994-12-22 |
| JP3443875B2 true JP3443875B2 (ja) | 2003-09-08 |
Family
ID=15203510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13764693A Expired - Fee Related JP3443875B2 (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3443875B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5945232A (en) * | 1998-04-03 | 1999-08-31 | Plug Power, L.L.C. | PEM-type fuel cell assembly having multiple parallel fuel cell sub-stacks employing shared fluid plate assemblies and shared membrane electrode assemblies |
| KR100446609B1 (ko) * | 2000-03-17 | 2004-09-04 | 삼성전자주식회사 | 수소이온교환막 고체 고분자 연료전지 및 직접 메탄올연료전지용 단전극 셀팩 |
| US6465119B1 (en) * | 2000-07-18 | 2002-10-15 | Motorola, Inc. | Fuel cell array apparatus and method of fabrication |
| JP4031740B2 (ja) | 2003-07-15 | 2008-01-09 | 日東電工株式会社 | 燃料電池用セパレータ及びそれを用いた燃料電池 |
| JP5908548B2 (ja) * | 2014-08-27 | 2016-04-26 | 株式会社村田製作所 | 燃料電池ユニット |
| EP4128398A1 (en) * | 2020-03-26 | 2023-02-08 | EH Group Engineering AG | Fuel cell |
-
1993
- 1993-06-08 JP JP13764693A patent/JP3443875B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06349511A (ja) | 1994-12-22 |
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