JP5213014B2 - プレーナ式固体酸化物型燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、プレーナ式ＳＯＦＣスタックのフローパス設計に関し、特に、燃料が、金属網を介して、発電基板のアノード面を流れて反応することにより、効果を向上でき、スタック素子数を低減できるものに関する。

また、一般の、従来の燃料電池は、図７のように、少なくとも、第一と第二の連接板５、５ａが含まれ、該第一と第二の連接板５、５ａとの間に、フレーム６があり、該フレーム６の中央に、互いに重ね合う金属網７と発電基板８が設けられ、これにより、燃料が、金属網７を介して連接板５ａとフレーム板５との間を流れ、そのため、該燃料が、拡散するように、金属網７と発電基板８との間で反応して電気エネルギーが得られる。

上記の従来の燃料電池は、燃料が、拡散するように金属網７と発電基板８との間で反応して電気エネルギーが得られるが、該燃料が、該金属網７を介して、拡散することにより、発電基板８と反応するため、反応効率が低くなる場合がある。また、素子材料を選択する時、それぞれの機能を重視する材料を選択するため、スタックの素子数を低下することができず、スタックの組み立て工程が難しくなる。上記の従来の燃料電池は、改善すべくところがあるため、実用的とは言えない。

本発明の主な目的は、第一と第二連接板との間に設置された発電基板と金属網を利用して、格別の設計により、燃料が金属網を介して発電基板の反応面へ流れ、これにより、効果が向上され、また、素子材料を選択することにより、スタックの素子数が低減されるプレーナ式固体酸化物型燃料電池のスタックフローパスを提供する。

本発明は、上記の目的を達成するため、平板式ＳＯＦＣスタックのフローパスであり、燃料入力パイプと空気入力パイプが設けられる上端板と、上端板の一面に対向し、燃料出力パイプと空気出力パイプが設けられる下端板と、上下端間に位置し、発電基板が設けられ、また、上側にフローパス部により発電基板と連通する空気出入口部が設けられる複数のフレーム板と、各フレーム板の間に位置し、それぞれに、発電基板に対応する金属網が設けられ、また、上側に、フローパス部により金属網板と連通する燃料出入口部が設けられる複数の連接板とが含有される。スタックの素子材料を選択する場合、発電基板の支持やユニット電池同士間の絶縁及びスタックのシールの三つの機能が得られる材料を選択すると、スタック素子数を低減でき、また、スタック組み立ての簡素化も可能である。

図１と図２は、それぞれ、本発明の立体分解概念図と、本発明の他の角度から見る時の立体分解概念図である。図のように、本発明は、プレーナ式固体酸化物型燃料電池のスタックフローパスであり、上端板１と、下端板２と、複数のフレーム板３と、複数の連接板４とから構成され、該上端板１と該フレーム板３の上に設置された発電基板３２により、また、連接板４に合わせて、燃料が、該金属網４２を介して流れ、これにより、反応効果が向上される。

上記の上端板１は、一面に、チャンネル領域１１が設置され、該チャンネル領域１１は、全面に凹み槽領域１１１が設けられ、空気が、左から右へ流れて、該凹み槽領域１１１を流れ、また、該上端板１が、発電基板３２に接触する一面は、発電基板３２のカソードである。該上端板１は、もう一面に、チャンネル領域２１、１１と連通する燃料入力パイプ１３と空気入力パイプ１４が設けられる。

該下端板２は、上記の上端板１に対向する一面に、チャンネル領域２１が設置され、該チャンネル領域２１は、全面において、突起２１１が設けられ、また、該チャンネル領域２１に、金属網２２があり、また、該下端板２のもう一面に、チャンネル領域２１、１１と連通する燃料出力パイプ２３と空気出力パイプ２４が設けられ、また、金属網２２が、発電基板３２に接触する一面が、発電基板３２のアノードである。

各フレーム板３は、上記の上下端板１、２の間に位置し、また、各フレーム板３の中央に、階段貫通穴３１が形成され、該階段貫通穴３１に、発電基板３２が設けられ、また、フレーム板３の両端に、それぞれ、空気入口部３３と空気出口部３４が設けられる、また、該空気出入口部３３、３４は、凹み槽領域１１１により発電基板３２と連通する。

各連接板４は、上記の各フレーム板３の間に位置し、また、各連接板４の中央に、チャンネル領域４１があり、該チャンネル領域４１の上方に、発電基板３２に対応する金属網４２が設けられ、また、連接板４の両端に、それぞれ、燃料入口部４３と燃料出口部４４が設けられ、該燃料出入口部４３、４４は、チャンネル領域４１を介して金属網４２と連通する。このように、上記の構造により、新規のプレーナ式固体酸化物型燃料電池のスタックフローパスが構成される。

また、図３と４及び５は、それぞれ、本発明に係わる下端板や連接板に位置するチャンネル領域の他の実施形態概念図と更に他の実施形態概念図及び更に他の実施形態概念図である。図のように、該下端板２や連接板４のチャンネル領域２１は、図１のように、全面的に設置された突起２１１の他に、該下端板２や連接板４のチャンネル領域２１において、適当な位置に横方向に長尺突起２１２が設けられてもいいし（図３のように）、或いは、横方向に、流体入口側の中央の位置から形成された三角や半楕円形状である長尺突起２１２ａが設けられても良く（図４のように）、また、チャンネル領域２１の適当な位置に、散在するように突起２１３が設けられるようにして（図５のように）、フローパスの流体が上へ流れるように強制される。

図６は、本発明の使用状態の断面概念図である。図のように、そして、図１を参照しながら、本発明は、使用する時、該燃料が、上端板１の燃料入力パイプ１３から入り、それと同時に、空気入力パイプ１４を介して外部氣体を導入し、該外部氣体が、各フレーム板３の空気出入口部３３、３４を流れ、この時、該燃料が、各連接板４の燃料出入口部４３、４４を流れ、また、該燃料が、連接板４の燃料入口部４３から燃料出口部４４まで流れると、チャンネル領域４１の案内により、直接に、金属網４２へ流れ、そのため、該燃料が、金属網４２を通した後、燃料出口部４４から次のフレーム板３へ流れ、燃料流体は、上記の方式に従って、各連接板４の上方にある金属網４２を通して直接に、フレーム板３の発電基板３２と反応し、そのため、該燃料が、金属網４２へ流れて反応面へ向かって流れ、燃料と発電基板３２の反応効果が向上されるため、発電効果が向上される。

スタック（ｓｔａｃｋ）の素子材料を選択する時、既存のフレーム板３や連接板４は、一般として、金属やセラミック材料を選択し、また、フレーム板３と連接板４との間に、電気の伝達を防止するため、絶縁材料でなければならなく、また、両者の間に、ワーク流体を外部へ漏らさないため、シールしなければならないため、そこに用いられるシールや絶縁のための材料は、主として、雲母やセラミックガラスセメントであるが、雲母のシール性が、セラミックガラスセメントより悪いため、フレーム材料は、雲母とセラミックガラスセメントの結合物を選択し、これにより、発電基板の支持やユニット電池間の絶縁及びスタックのシールの三つの機能が同時に成立でき、また、該雲母とガラスやセラミックガラスを混合する方法は、キャストや粉末混合混練成形或いは同じ機能を達成できる他の複合材料工程であり、これにより、スタック素子数を低下でき、また、スタックの組み立てを簡素化できる。

以上のように、本発明は、プレーナ式固体酸化物型燃料電池であり、有効的に従来の諸欠点を改善でき、フレーム板や連接板上に設置された発電基板と金属網により、燃料が、金属網へ流れてから発電基板のアノード反応面へ流れ、これにより、反応効果が向上され、スタックの組み立てが簡素化されるため、本発明は、より進歩的かつより実用的で、法に従って特許請求を出願する。

以上は、ただ、本発明のより良い実施例であり、本発明は、それによって制限されることが無く、本発明に係わる特許請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが、本発明の特許請求の範囲内に含まれる。

本発明の立体分解概念図 本発明の他の角度から見る時の立体分解概念図 本発明に係わる上端板にあるチャンネル領域の他の実施形態概念図 本発明に係わる上端板にあるチャンネル領域の更に他の実施形態概念図 本発明に係わる上端板にあるチャンネル領域の更に他の実施形態概念図 本発明の基本型の使用状態の断面概念図 従来の使用状態の断面概念図

（本発明部分）
１ 上端板
１１ チャンネル領域
１１１ 凹み槽領域
１３ 燃料入力パイプ
１４ 空気入力パイプ
２ 下端板
２１ チャンネル領域
２１１ 突起
２１２ 長尺突起
２１２ａ 長尺突起
２１３ 突起
２２ 金属網
２３ 燃料出力パイプ
２４ 空気出力パイプ
３ フレーム板
３１ 階段貫通穴
３２ 発電基板
３３ 空気入口部
３４ 空気出口部
４ 連接板
４１ チャンネル領域
４２ 金属網
４３ 燃料入口部
４４ 燃料出口部
（従来部分）
５ 連接板
５ａ 連接板
６ フレーム板
７ 金属網
８ 発電基板

Claims (6)

1. 少なくとも、
   空気を流す第１のチャンネル領域と、燃料を流す第２のチャンネル領域とを有し、
   一面に、前記第１のチャンネル領域が設置され、もう一面の両端に、第１および第２のそれぞれのチャンネル領域と連通する燃料入力パイプと空気入力パイプが設けられる上端板と、
   上記の上端板の一面に対向するように設けられ、一面に、前記第２のチャンネル領域が設置され、該チャンネル領域に、金属網があり、もう一面の両端に、第１および第２のそれぞれのチャンネル領域と連通する燃料出力パイプと空気出力パイプが設けられる下端板と、
   上記の上下端板の間に位置するフレーム板で、各フレーム板の中央部で、空気出入り口部や燃料出入り口部より内周側には貫通穴が設けられ、該貫通穴には発電基板が収まるように設けられ、そしてフレーム板の両端には空気入口部と空気出口部が設けられ、該空気出入口部が、フローパス部を介して発電基板と連通する複数のフレーム板と、
   上記の各フレーム板の間に設置される連接板で、各連接板上に、発電基板に対応する金属網が設けられ、また、連接板の両端には燃料入口部と燃料出口部が設けられ、また、該燃料出入口部が、フローパス部を介して金属網と直接に連通する複数の連接板とが含有され、
   該連接板と該下端板のチャンネル領域において、適当な位置で、流体の流れを横切る方向に、流体入口側の中央の位置から両側に延びるような、三角または半楕円形状である一つ以上の長尺突起が設けられることを特徴とするプレーナ式固体酸化物型燃料電池。
2. 該フレーム板の材料は、金属またはセラミックであることを特徴とする請求項１に記載のプレーナ式固体酸化物型燃料電池。
3. 該フレーム板の材料は、雲母であり、発電基板を支持し、ユニット電池間の絶縁とスタックシール機能を提供することを特徴とする請求項１に記載のプレーナ式固体酸化物型燃料電池。
4. 該雲母は、ガラスやセラミックガラスを合わせて、そのシール機能特性が強化されたことを特徴とする請求項３に記載のプレーナ式固体酸化物型燃料電池。
5. 該雲母とガラス或いはセラミックガラスを混合する方法は、キャストや粉末混合混練成形或いは同じ機能を達成できる他の複合材料工程であることを特徴とする請求項４に記載のプレーナ式固体酸化物型燃料電池。
6. 該連接板と該下端板のチャンネル領域において、適当な位置に、散在するように、周囲の突起より大きな面積の突起が設けられることを特徴とする請求項１に記載のプレーナ式固体酸化物型燃料電池。