JP3508222B2 - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JP3508222B2
JP3508222B2 JP19719694A JP19719694A JP3508222B2 JP 3508222 B2 JP3508222 B2 JP 3508222B2 JP 19719694 A JP19719694 A JP 19719694A JP 19719694 A JP19719694 A JP 19719694A JP 3508222 B2 JP3508222 B2 JP 3508222B2
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宣寿 村田
信之 在間
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石川島播磨重工業株式会社
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【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するエネルギー部門で
用いる燃料電池に関するものである。 【0002】 【従来の技術】燃料電池のうち、溶融炭酸塩型燃料電池
は、電解質としての溶融炭酸塩を多孔質物質にしみ込ま
せてなるタイル(電解質板)をカソード(酸素極)とア
ノード(燃料極)の両電極で両面から挟み、カソード側
に酸化ガスを供給すると共にアノード側に燃料ガスを供
給することによりカソード側とアノード側で各々反応を
行わせることにより発電を行わせるようにしたものを1
セルとし、各セルをセパレータを介し多層に積層してス
タックとするようにしてある。 【0003】上記スタックとした燃料電池は、各セルご
とに電池性能が良好に維持されることが必要であり、電
極反応部においてカソード及びアノードの各電極とタイ
ルとセパレータとが一様な圧力分布で接触しているこ
と、内部マニホールド型の燃料電池にあっては、周辺部
のウェットシール部のシール性が維持されていること、
運転中におけるスタックの高さ変化に対して追従性があ
ること、等が要求される。そのため、燃料電池全体を一
定の締付力で均一に締め付けることが必要である。 【0004】かかる必要性を満たすために、燃料電池を
締付装置で締め付けることが行われているが、燃料電池
の高出力が得られるようにするために、セルの積層数を
多くして高積層化を図ろうとする場合、一例として、図
2に示す如く、燃料電池スタックを上部スタック11a
と下部スタック11bに分割して、脚12により支持さ
せてある中間ホルダー13を挟んで上下に積層し、上部
スタック11a上には、上部ホルダー14、金属製ベロ
ーズ又はクッション16、上部ボルスタ17を配置し
て、中間ホルダー13に対して締付ロッド19及びナッ
ト20で締め付けるようにすると共に、下部スタック1
1bの下側には、下部ホルダー15、金属製ベローズ又
はクッション16、下部ボルスタ18を配置して、締付
ロッド及びナット20にて締め付けるようにし、上下の
スタック11a,11bに所定の締付力を付与させるよ
うにしたものがある。 【0005】上記図2に示す燃料電池で内部マニホール
ド型のものは、中間ホルダー13の一側に酸化ガス供給
側ヘッダー21と燃料ガス供給側ヘッダー23を接続す
ると共に、中間ホルダー13の反対側に酸化ガス排出側
ヘッダー22と燃料ガス排出側ヘッダー24を接続し、
又、上下のスタック11a,11bは、図3に一例を示
す如く、タイル1をカソード2とアノード3の両電極で
両側から挟んでなるセルCを、セパレータ4を介して積
層してあり、セパレータ4のアノード側マスクプレート
4aの中央部の切抜き部にアノード3が配置され、セパ
レータ4のカソード側マスクプレート4bの中央部の切
抜き部にカソード2が配置され、これら各電極がパンチ
板5、コルゲート6を介してタイル1に押し付けられる
ようにしてあり、周辺部の一側には、酸化ガス供給用マ
ニホールド7と燃料ガス供給用マニホールド9が設けて
あり、他側には、酸化ガス排出用マニホールド8と燃料
ガス排出用マニホールド10が設けてあり、酸化ガス及
び燃料ガスが供給用マニホールド7,9から各段のセル
のカソード2側とアノード3側へ供給され、各々のセル
から排出側のマニホールド8,10を流れて排出される
ようにしてある。又、上記図2に示す燃料電池の場合、
上部スタック11aのエンド部、すなわち、上部ホルダ
ー14と中間ホルダー13と接する部分、及び下部スタ
ック11bの下部ホルダー15と中間ホルダー13に接
する部分には、各々エンドセパレータが用いられてい
る。 【0006】エンドセパレータ25は、図4に一例とし
て上部ホルダー14の部分について示す如く、エンドプ
レート26と、該エンドプレート26の片側のみに配置
して周縁部をエンドプレート26に接合したマスクプレ
ート27と、エンドプレート26とマスクプレート27
との間に介在させたコルゲート28とからなる構成とし
てある。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の燃料
電池では、図2に示す燃料電池における酸化ガス及び燃
料ガスの供給用マニホールド7,9の最終端となる上部
スタック11aの上部ホルダー14と接する部分のエン
ドセパレータ25、及び下部スタック11bの下部ホル
ダー15と接する部分のエンドセパレータ25は、図4
に酸化ガス供給用マニホールド7の最終端を一例として
示す如く、エンドプレート26が平板形状であるため、
上記酸化ガスOGがマニホールド7最終端に達してカソ
ード2側へ分配されるときに、マニホールド最終端の平
板部へガスが衝突することにより、エンドセパレータ2
5の近傍のガス流れに乱れを生じると共にガスの圧損が
多くなり、ガス分配性能の均一化に影響を与え、その結
果、エンドセパレータ25近傍の発電性能の不均一が生
じる、という問題がある。 【0008】そこで、本発明は、ガスの供給用マニホー
ルド最終端でのガス衝突による流れの乱れがガス分配部
で発生しないようにしてエンドセパレータ近傍での発電
性能の不均一化を生じさせないようにしようとするもの
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、燃料電池スタックに設けられている酸化
ガスと燃料ガスの各ガス供給用マニホールド最終端のホ
ルダーとセルとの間にエンドセパレータを介在させ、該
エンドセパレータのエンドプレートとその外側の上記ホ
ルダーとの間に、所要の空間を形成させるためのスペー
サコルゲートを設けて、該スペーサコルゲートとエンド
セパレータのエンドプレートとを接合すると共に、各ガ
ス供給用マニホールドに対応する位置の上記スペーサコ
ルゲートに、切抜き部を設け、且つ上記エンドセパレー
タのエンドプレートに、上記各ガス供給用マニホールド
に対応させて開口を設け、該エンドセパレータのエンド
プレートの開口部の外側の周縁に、上記エンドセパレー
タのエンドプレートの外側に配置した凹形状のエンドキ
ャップを、その周縁部を全周に亘り接合することにより
取り付けて、該エンドキャップの内側にガス溜り部を形
成した構成とする。 【0010】 【作用】マニホールド最終端におけるエンドセパレータ
のエンドプレートに設けた開口の外側に、エンドキャッ
プによりガス溜り部が形成されているため、ガスは該ガ
ス溜り部で流れの乱れが生じることになって電極側への
分配部でのガス流れの乱れがなくなるので、ガス分配の
均一化が図れることになる。 【0011】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 【0012】図1(イ)(ロ)は本発明の一実施例とし
て、上部ホルダー14と接する上部スタック11aの最
上部について示すもので、上部スタック11aの最上部
のセルCと上部ホルダー14との間にエンドセパレータ
25が介在させてある構成において、上記エンドセパレ
ータ25と上部ホルダー14との間に所要の空間を形成
させるためのスペーサコルゲート29を設け、該スペー
サコルゲート29とエンドセパレータ25のエンドプレ
ート26とを溶接接合すると共に、酸化ガスOG及び燃
料ガスFGの各供給用マニホールド7及び9に対応する
位置のスペーサコルゲート29に切抜き部30を設け、
且つ上記エンドセパレータ25のエンドプレート26を
マニホールド7,9に対応させて開口させて、該開口3
1部の周縁に、凹状に形成されたエンドキャップ32を
溶接にて全周にわたり接合させ、該エンドキャップ32
をスペーサコルゲート29の切抜き部30内に位置させ
て、エンドキャップ32の内側をガス溜り部33とする
ようにした構成とする。 【0013】酸化ガスを供給する場合は、図1(イ)に
示す酸化ガス供給用マニホールド7の最終端まで酸化ガ
スOGが達すると、エンドキャップ32で形成されたガ
ス溜り部33に衝突してからセルCのカソード2側へと
分配されることになる。これによりガス流れの乱れはガ
ス溜り部33で生じ、エンドセパレータ25からカソー
ド2側への分配部から上部ホルダー14側へガス流れの
乱れ領域を移すことができて、カソード2への分配部で
はガス流の乱れが生じないようにすることができ、ガス
分配の均一化を図ることができる。更に、マニホールド
最終端で酸化ガスOGの流れが円滑となることからガス
の圧損が小さくなる。 【0014】一方、燃料ガスを供給する場合は、図1
(ロ)に示す燃料ガス供給用マニホールド9の最終端ま
で燃料ガスFGが達すると、エンドセパレータ25のエ
ンドプレート26を開口して設けたエンドキャップ32
内のガス溜り部33に入って流れることになり、上記酸
化ガスの場合と同様にガス分配部でのガス流れの乱れが
なくてガス分配性能の均一化を図ることができる。 【0015】なお、上記実施例では、上部スタック11
aの最上部のセルの部分について示したが、中間ホルダ
ー13を用いて高積層化したときの下部スタック11b
の最下部のセルの部分でも同様に実施できること、又、
中間ホルダー13を用いないでスタックを上下のホルダ
ーで挾持して締付装置で締め付け、且つ下部ホルダーに
酸化ガス及び燃料ガスの各給排側ヘッダーを接続した型
式の燃料電池の場合は、上部ホルダー側となるスタック
最上部に同様に実施できること、その他本発明の要旨を
逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論であ
る。 【0016】 【発明の効果】以上述べた如く、本発明の燃料電池によ
れば、燃料電池スタックに設けられている酸化ガスと燃
料ガスの各ガス供給用マニホールド最終端のホルダーと
セルとの間にエンドセパレータを介在させ、該エンドセ
パレータのエンドプレートとその外側の上記ホルダーと
の間に、所要の空間を形成させるためのスペーサコルゲ
ートを設けて、該スペーサコルゲートとエンドセパレー
タのエンドプレートとを接合すると共に、各ガス供給用
マニホールドに対応する位置の上記スペーサコルゲート
に、切抜き部を設け、且つ上記エンドセパレータのエン
ドプレートに、上記各ガス供給用マニホールドに対応さ
せて開口を設け、該エンドセパレータのエンドプレート
の開口部の外側の周縁に、上記エンドセパレータのエン
ドプレートの外側に配置した凹形状のエンドキャップ
を、その周縁部を全周に亘り接合することにより取り付
けて、該エンドキャップの内側にガス溜り部を形成した
構成としてあるので、酸化ガスや燃料ガスが各々のガス
供給用マニホールドの最終端に達したときに、ガスがエ
ンドセパレータのエンドプレートの開口よりその外側の
エンドキャップ内のガス溜り部に入って乱れてからセル
に分配されるようになることから、ガスがエンドセパレ
ータに衝突して生じるガス流の乱れを、セルのガス分配
部からエンドキャップ内のガス溜り部へ移すことができ
て、電極反応部へのガスの分配部でのガス流れを整える
ことができて、ガス分配の均一化が図れ、エンドセパレ
ータ近傍の発電性能を改善することができる、という優
れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例を示すもので、(イ)は酸化
ガス供給用マニホールド最終端部分の一例を示す断面
図、(ロ)は燃料ガス供給用マニホールド最終端部分の
一例を示す断面図である。 【図2】中間ホルダーを用いてスタックを支持している
例を示す燃料電池の概略図である。 【図3】従来の燃料電池の一例を示す一部の概略断面図
である。 【図4】従来の燃料電池の酸化ガス供給用マニホールド
最終端部分の断面図である。 【符号の説明】 1 タイル 2 カソード 3 アノード 4 セパレータ 7 酸化ガス供給用マニホールド 8 酸化ガス排出用マニホールド 9 燃料ガス供給用マニホールド 10 燃料ガス排出用マニホールド 11a 上部スタック 11b 下部スタック 13 中間ホルダー 14 上部ホルダー 15 下部ホルダー 25 エンドセパレータ 26 エンドプレート 30 切抜き部 31 開口 32 エンドキャップ 33 ガス溜り部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/02 H01M 8/24

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 燃料電池スタックに設けられている酸化
    ガスと燃料ガスの各ガス供給用マニホールド最終端のホ
    ルダーとセルとの間にエンドセパレータを介在させ、該
    エンドセパレータのエンドプレートとその外側の上記ホ
    ルダーとの間に、所要の空間を形成させるためのスペー
    サコルゲートを設けて、該スペーサコルゲートとエンド
    セパレータのエンドプレートとを接合すると共に、各ガ
    ス供給用マニホールドに対応する位置の上記スペーサコ
    ルゲートに、切抜き部を設け、且つ上記エンドセパレー
    タのエンドプレートに、上記各ガス供給用マニホールド
    に対応させて開口を設け、該エンドセパレータのエンド
    プレートの開口部の外側の周縁に、上記エンドセパレー
    タのエンドプレートの外側に配置した凹形状のエンドキ
    ャップを、その周縁部を全周に亘り接合することにより
    取り付けて、該エンドキャップの内側にガス溜り部を形
    成した構成を有することを特徴とする燃料電池。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007311081A (ja) * 2006-05-16 2007-11-29 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池スタック並びにその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007311081A (ja) * 2006-05-16 2007-11-29 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池スタック並びにその製造方法

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