JPH01221864A - 溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分骨〕 この発明は、溶融炭酸塩型燃料電池に関し、特にマニホ
ールド用シール体を改良して長期にわたるガスシール性
能、電気絶縁性を維持するものである。

〔従来の技術〕

第３図は、一般的な溶融炭酸塩型燃料電池の構造を一部
切欠瞬で示す斜視図である。図において、（１）は燃料
ガス側電極、（２）は酸化ガス側電極、Ｃ３）は電解質
マトリックスすなわち電解質層であＦ）　、（４）は画
電極（１）　、　（２）および電解質層【３）により構
成される燃料電池単体すなわち単電池である。（５）は
燃料電池積層体であり、セパレータ板、端板などの補助
部材を用いて燃料電池単体（４）を複数積層したもので
ある。（６）は端板、（７）はセパレータ板であり、不
透気性を有し、燃料ガス側電極（１）及び酸化ガス側電
極（２）各々に反応ガスを供給する反応ガス流路を形成
し、また、電子伝導性によシ燃料電池単体（４）を電気
的に直列に接続する機能を有する。αＧは燃料ガス・酸
化ガスを各々の反応ガス流路に分配供給又は排出するた
めのマニホールドである。α４は燃料電池積層体とマニ
ホールドａＧとの間のシール体であシ、供給されたガス
のもれを防ぐ構造をとっている。図中、矢印Ａは燃料ガ
スの流れ方向を示し、矢印Ｂは酸化ガスの流れ方向を示
す。また、第４図は、マニホールドα０および、燃料電
池積層体（５）の一部を切欠いて示す側面図である〇ま
た、第５図は例えば米国ＤＯＩレポート（ＳＡＮ／　１
１３０４−１５　）に報告された従来のシール構造体α
小部（第４図で破線で囲んだ部分）を示す拡大断面図で
ある。図において、０はマニホールドａＧの表面に被覆
された電気絶縁性物質よりなる電気絶縁層である。また
、（９）はマニホールド（１（Ｉと燃料電池積層体（５
）との間に挿入され、供給されるガスをシールするセラ
ミック織布、又は不織布から成るガスケット材である＠
このガスケット材（９）は、燃料電池積層体（５）の側
面の凹凸を吸収する役目もあり、多数挿入されることも
ある。第６図は従来のシール構造体α４の他の例を示す
ものであシ、マニホールド（１（Ｉと燃料電池積層体（
５）との間に絶縁のためのセラ之ツク磁器等から成る絶
縁板（２）を挿入し、その両側にセラミック織布又は、
不織布のシール材（”）　＃　（９ｂ）をはさんだシー
ル構造にしたものであシ、シール材（９ａ）　ｅ　（９
１））は燃料電池積層体（５）側面の凹凸、あるいは、
マニホールドαＧの側面の平面度によっては、シール材
（９％’）　？　（９１））を多数挿入し、ガスシール
を行なう必要性がある。特に、燃料電池の大形化、高積
層化に伴うマニホールドα帆の大形化においては、ガス
ケット（９）をシール性能の点から多数挿入する必要が
ある。

次に動作について説明する。例えば溶融炭酸塩型燃料電
池は６６０℃前後で動作する燃料電池の一種で、燃料ガ
ス側電極（１）および、酸化ガス側電極（２）Ｋ各々供
給された燃料ガスおよび酸化ガスを両電極（１）　＃　
（２）における電気化学反応を通して反応せしめること
ＫＪニジ、燃料ガスの持つ化学エネルギーを電気エネル
ギーと副生ずる熱エネルギーとに変換する。従って溶融
炭酸塩型燃料電池を定常的に動作せしめ電気出力を取シ
出すためＫは、反応ガスを各々両電極（１）　ｅ　（２
）に連続的に供給及び、排出することが必要である。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のような構造の反応ガスの供給・排出において最も
技術的に難しい点は、シール構造体α４の構造と材料の
選択にある。具体的には、まず第１にガスケット（９）
および、絶縁板＠は、それ自身十分な電気絶縁性を保持
し、シール構造体α４を介して上下に積層された燃料電
池単体（４）同志の電気的短絡を防ぐことが必要である
。

次に、第２に燃料電池の動作条件において、ガスケット
（９）および、絶縁板側自身が十分な耐食性を有してい
ることが必要である。さもなければ１例えば長時間の運
転において腐食生成物がガスケット（９）の空隙に蓄積
し、燃料電池単体（４）同志又は、燃料電池単体（４）
とマニホールド（１０との間に電気的短絡が生じ、燃料
電池の運転が不可能となる。

このような性質をもつシール構造体α４において、マニ
ホールドαＧの入口から供給される反応ガスは、マニホ
ールドＧＯのシール構造体０４部分で、ガスもれを起こ
すことなく、有効に燃料電池積層体（５）の電極本体に
供給する必要がある。シール構造体α４からのガスもれ
が大きくなると、有効にガスが使用されず、発電特性が
低くなる。従来のシール構造体α４を有するマニホール
ドを用い、不活性ガスによシガスの洩れ特性を調べた結
果の一例を第７図に示す。通常、ガスの洩れｆｆ１Ｑは
、ガスケット（９）の枚数ｎに比例して大きくなる。（
ただし、シール部面圧は一定とする。）この理由として
、ガスケット（９）は例えば電気絶縁性無機物質よりな
る多孔体であシ、その空隙を介してマニホールドＧＯ内
の反応ガスは洩れる。したがって、マニホールドαＯに
当接する燃料電池積層体（５）側面の凹凸がある程度ま
でにそろえられ、かつ、マニホールドαＧの燃料電池積
層体（５）に当接する側面の平面度が良好であれは、ガ
スの洩れ量は上述したごとく、ガスケット枚数（９）に
支配される。したがって、ガスの洩れ量を少なくするた
めには、極力枚数を減らすことが重要である。しかし、
特に、マニホールドαＧが大形化した場合には、燃料電
池積層体【５）に当接する面の加工精度を出すことが非
常に難しくなることや、実際の燃料電池の動作温度（６
００〜１００℃）におけるマニホールドαＧの熱変形に
ょシ、接触面が均一に保持できないため、従来のマニホ
ールドＱＧのシール構造α４においては、ガスケット（
９）を多数挿入して、平面の凹凸を吸収する必要があっ
た。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、燃料電池積層体とマニホールド間のシール性
を改善するものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明における溶融炭酸塩型燃料電池は、マニホール
ドは、燃料電池積層体との対向面が電気絶縁層で被覆さ
れ、セラミック磁器よりなる絶縁板およびセラミック族
の布よりなるガスケットを介して上記燃料電池積層体に
押圧されると共に、上記マニホールドと上記絶縁板との
対向面の少なくとも一方に凹部が設けられ、この四部に
金ｊｌ。

リングが挿入されているものである。

〔作用〕

この発明における金属Ｏリングは、押圧にょって変形し
てマニホールド側面の凹凸を吸収し、マニホールドと絶
縁板間を十分にガスシールするので、この部分のガスケ
ットを省くことができ、ガスケットの枚数を極力少なく
することができ、シール性゛能が改善される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は、この発明の一実施例による溶融炭゛酸塩型燃料電
池のマニホールドシール構造を示す断面図である。図に
おいて、（９）　’ｔ（２）は従来同様のガスケットお
よび、絶縁板である。また％　（ＩＧはマニホールド、
■は数μ〜数十μ　の厚みを有する例えはアルミナ等の
電気絶縁層である。マニホールドαＯと燃料電池積層体
（５）とは、電気的に絶縁する必要があるために、ある
程度の厚みを有する絶縁層が必要であるとともに１燃料
電池単体（４）を積層して構成される燃料電池積層体（
５）の側面の凹凸を吸収し、シール性能をよくする必要
がある＠このため、この発明は、燃料電池積層体（５）
の側面にガスケット（９）と絶縁板＠を従来同様採用し
、マニホールドａＧと絶縁板曲との間にガスシールのた
めの金属０リング回を配置したシール構造とし、ガス洩
れを支配しているガスケット（９）を少なくしたもので
ある。すなわち、この例ではマニホールドαＧの燃料電
池積層体（５）との対向面に凹部を設けられ、この凹部
に金属０リング０が挿入されている。なお、金属０リン
グ（至）の外径は凹部の深さよりも大きいものとする。

この金属０リング（至）の材料としては、耐食性のある
金、インコネル＊　Ｓ［ｒ８３１６Ｌ　ｐＳｔｒ１９３
１０ｉ９　、８ｔ７３３２１　　などが優れており、そ
の断面形状としては円やだ円が挙げられる０また、通常
、ガスケット（９）および、絶縁板−の材料としては、
セラミック織布又は不織布および、セラミック磁器の酸
化物系セラミックが使用される０具体的な材料の一例と
しては、ガスケット（９）材料として、ジルコニアフェ
ルト、シルコニアク四スカアシ、また、絶縁板（２）材
料として、アルミナなどが優れている０このような構成
を持つシール構造において、マニホールドαＧは、燃料
電池積層体（５）の側面に、はね機構あるいは、エアー
シリンダーによシマニホールドシール面圧４〜ｌｏｋｇ
ｆ／ａｍ２　程度で押しつけられて−るので、金属０リ
ング０は押圧によって変形してマニホールドα（１！！
１部の燃料電池積層体（５）対向面における凹凸を吸収
し、マニホールドαＧと絶縁板Ｕ間を十分にガスシール
する０よって、マニホールドαＯの入口から供給される
反応ガスは、燃料電池積層体（５）と絶縁板（２）間の
ガスケット（９）の空孔を通ってマニホールドαυ外へ
もれるのみとなる。このように、ガスのもれを支配して
いるガスケット（９）の枚数を必要最少限にすることが
可能となる。

この発明の他の実施例による溶融炭醸塩型燃料電池の要
部を第２図に示す。この図にお−では、燃料電池積層体
（５）の側面に配置されるガスケット（９）を２枚使用
した場合の例である。このガスケット枚数は、燃料電池
積層体（５）の側面の凹凸によって異なシ、多数（ｎ　
）　２　）となる場合も考えられるが、マニホールドα
Ｇと当接する面においては、マニホールドαＧの大形化
に伴う加工精度、寸法精度などに関係なく金属０リング
側を有するため、シール性能は十分である。

なお、上記実施例では何れもマニホールドαＧの絶縁板
（２）との対向面に四部を設けた場合について説明した
が、絶縁板（２）のマニホールドａＧとの対向面に設け
てもよく、さらにマニホールド（１（１、絶縁板（２）
の両方に設けた場合にも上記実施例と同様の効果が得ら
れる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれは、マニホールドは、上
記燃料電池積層体との対向面が電気絶縁層で被覆され、
セラミック磁器よりなる絶縁板およびセラミック製の布
よりなるガスケットを介して上記燃料電池積層体に押圧
されると共に、上記マニホールドと上記絶縁板との対向
面の少なくとも一方に凹部が設けられ、この凹部に金属
０リングが挿入されているので、燃料電池積層体とマニ
ホールド間のガスシール性を改善することができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による溶融炭酸塩型燃料電
池の要部を示す断面図、第２図はこの発明の他の実施例
による溶融炭酸塩型燃料電池の要部を示す断面図、第３
図は一般的な溶融炭酸塩型燃料電池の構造を一部切欠い
て示す斜視図、第４図は第３図のマニホールド装着部を
一部切欠いて示す側面図、第５図、第６図はそれぞれ従
来の溶融炭酸塩型燃料電池のマニホールドシール構造部
を示す断面図、第７図はガスケットの枚数とマニホール
ドシール部からのガス洩れの関係を示す特性図である〇 図におφて、（１）は燃料ガス側電極、（２）は醸化ガ
ス側電極、Ｃ３）は電解質層、（４）は燃料電池単体、
（５）は燃料電池積層体、（６）は端板、（７）はセパ
レータ板、（９）　＊　（９ａ）　Ｉ　（９ｂ）はガス
ナツト、αＧはマニホールド、■は電気絶縁層、幽は絶
縁板、■は金属０リング、α滲はシール構造である〇 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す◎

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料ガス側電極と酸化ガス側電極間に電解質マトリック
   スを介在した単電池、および上記燃料ガス側電極に対設
   する燃料ガス流路と上記酸化ガス側電極に対設する酸化
   ガス流路とを分離するセパレータを交互に積層して積層
   体を構成し、この積層体の側面に反応ガス供給・排出用
   のマニホールドを配設する溶融炭酸塩型燃料電池におい
   て、上記マニホールドは、上記燃料電池積層体との対向
   面が電気絶縁層で被覆され、セラミック磁器よりなる絶
   縁板およびセラミック製の布よりなるガスケットを介し
   て上記燃料電池積層体に押圧されると共に、上記マニホ
   ールドと上記絶縁板との対向面の少なくとも一方に凹部
   が設けられ、この凹部に金属Ｏリングが挿入されている
   ことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。