JPH0275162A - 内部マニホールド方式の溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents

内部マニホールド方式の溶融炭酸塩型燃料電池

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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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は一燃料電池、特にそのガス分離板の流路周縁
部のガスシール性の向上に関するものである。
〔従来の技術］ 第９図は、例えば特開昭６２−２０８５５９号公報に記
載されている従来の内部マニホールド方式の積層型燃料
電池の断面を示す図である。図において、ａＯｌは電解
質層、（１１Ｊ及び（１２は電解質層ｔｏｏｌを介在し
て対向する一対の電極反応部で、空気−二酸化炭素など
を主成分とする酸化剤ガス（八が電気化学反応を起こす
酸化剤電極反応部Ｑｌ）−及び水素、−酸化炭素一炭化
水素などを主成分とする燃料ガス（′Ｂ）が電気化学反
応を起こす燃料電極反応部０２より成っている。それぞ
れの電極反応部＋Ｉｌｌ、　ｆ１３では、通常凹凸状の
波形板でガス流路（ｌｌａ）　、　（１２ａ）を形成し
ている。（１３１はそれぞれのガス流体（５）、侵）を
分離すルカス分離板で、バイポーラ板あるいはセパレー
タ板とも呼ばれている。これらが多段に積層されて燃料
電池を構成している。
第１０図は一第９図に示した積層型燃料電池で一一層分
のガス流路を形成するガス分離板を分解した図である。
この例では−それぞれのガス流体を平行に流す平行流方
式であるので−ガス分離板の同一周辺部にそれぞれのガ
ス流体の供給用マニホ−ルド（１６ａ）　、　（１７ａ
）が、それと対向する周辺部に排出用マニホールド（１
６ｂ）、　（１７ｂ）が、デイスタンスピースＱ４）、
　ｆ１５１で分離されて交互に並んでいる。
（Ｉｌａ）　、　（１２ａ）は、前述したようにそれぞ
れの電極面でガス流路を構成する凹凸部である。
積層型燃料電池は一上記のように積層され、この積層面
に適度な面圧がかかるように積層方向に加圧されて積層
部材間の接触部分がシールされ一ガスリークを防止する
構造ｌこなっている。
次に、動作について説明する。＠９図及び第１０図にお
いて、酸化剤ガス（５）は下方から上昇し−ガス分離板
ｆ１ｍの下側のデイスタンスピース（１９に開けられた
酸化剤ガス供給マニホールド（１６ａ）から酸化剤電極
反応部のガス流路（Ｉｌａ）を流通し、排出マニホール
ド（１６ｂ）を経て電池外部へ排出される。
一方、燃料ガス（ロ）は、ガス分離板（１３１の下側で
はデイスタンスピース（旧に小孔（１７ａ）が設けられ
ているだけなのでガス分離板１１３１の上側まで通過し
、上側のデイスタンスピース（刊に開けられている燃料
ガス供給マニホールド（１７ａ）を経て燃料電極反応部
のガス流路（］、２ａ）へ供給される。
積層型燃料電池においては、ガスシールの向上と面圧の
バランスを保つことがガスリークや電池性能の低下を防
ぐために重要である。ところが−一般的には電極反応部
とガス供給マニホールド部やその周囲のガスシール部と
では、経時的なりリープ（塑性変形）特性が異なってい
る。従って、電極反応部などがクリープを起こし変形し
てくれば一面圧のバランスがくずれたりガスリークが起
きたりする。これに関し、例えば、同一出願人による特
開昭６２−１８８１７７号公報には−ガス流体を電池側
面の外部マニホールドから供給する方式の燃料電池に対
しては−ガス分離板を流路側面で折り返して柔軟性を持
たせることが示されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
積層型燃料電池のうち、特にガス流体を電池内部のマニ
ホールドを経て供給する方式のものでは−その壁面が外
部雰囲気と直接接していたり−マニホールドのシール部
で他のガス流路と接しているので−そのシールをより確
実にする必要がある。
ところが、上記のような従来のものでは、電極反応部で
のクリープによる変形に対し、シール部の変形具合を均
一に追従させられなく、電池外部ヘガスリークしたり、
電池内部で燃料ガスと酸化剤ガスとが混合して反応した
りする要因になるという課題があった。
この発明は一上記のような課題を解消するためになされ
たもので、電極反応部のクリープによる変形に対し、シ
ール部の変形具合を均一に追従させ、ガスシール性を向
上できる燃料電池を得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る燃料電池は、電解質層を介在して対向す
る一対の電極反応部と、この両電極反応部の上記電解質
層と反対の側に設けられ、それぞれの電極反応部で電気
化学反応を起こす異なるガス流体を分離してガス流路を
形成するガス分離板とが積層された燃料電池で一上記ガ
ス分離板のガス流路周縁のガスシール部を積層方向に断
面凹状にして弾力性を持たせ−かつ、この凹状内部に上
記電極反応部の部材と略同等の経時的塑性変形特性を有
する部材を充填させたものである。
〔作用〕
この発明においては、ガス分離板のガス流路周縁シール
部が電極反応部分の経時的なりリープに追従し、ガスシ
ール部の変形具合の偏りを緩和する。
〔実施例〕
第１図は、この発明の一実施例の燃料電池を構成するガ
ス分離板（２１）を示す斜視図である。図において、り
はガス分離板（２１）の−Ｌ面で、この面に燃料ガスを
流通させるガス流路が形成される。尚、このガス分離板
（２℃の下面には、酸化剤ガスを流通させるガス流路が
形成される。この実施例では、燃料ガスと酸化剤ガスと
を直交して流通させる場合を示しているので−ガス分離
板（（社）の四辺にそれぞれのガスを供給し排出する二
対のマニホールドを有している。例えば、（２３ａ）　
、　（２３ｂ）が燃料ガス用、（２４ａ）　、　（２４
ｂ）が酸化剤ガス用のマニホールドである。（■及び（
財）は、ガス流路の周縁に形成されたシ−ル部で、電池
外部へのガスリークを防ぐ外側シール部（ハ）及び電池
内部で両ガスが混合するのを防ぐ内側シール部（２８）
より成っている。これらのシール部には、コの字形のソ
フトレールを溶接やろう付けにより固着するなどして、
積層方向の断面を凹状に形成し弾力性を持たせている。
第２図及び第３図は、第１図に示したガス分離板Ｃ１）
を展開した平面図及び底面図であり一第４図乃至第７図
は、その各部の断面を示す図である。
第８図は、このガス分離板（２１）に波型板で形成した
ガス流路（ｆｌｂ）　、　（１２ｂ）’Ｐ電極１１１１
　、　ｆ１３　ヲ組ミ込ミ電解質層＋＋０＋と交互に積
層した燃料電池の縦断面を示す図である。図において、
（２）はガス流路周縁部に形成された凹状部内部に充填
された充填部材で、電極反応部分に用いられている部材
と略同等の積層方向の経時的なりリープ（塑性変形）特
性を持つものである。例えば−電極反応部の積層部に用
いられていて、クリープを大きく支配する部材である電
極と波型板とを積層したものなどが適している。
このように構成された燃料電池において、燃料ガス（Ｂ
）は、第８図に示すように一燃料ガス供給マニホールド
からそれぞれの層の燃料電極反応部のガス流路（１２ｂ
）に導かれる。このとき、燃料ガス供給マニホールドの
外側シール部１′２５により、電池外部へのガスリーク
が防止され、一方、内側シール部（イ）により、酸化剤
ガス流路（ｆｌｂ）には供給されないようにシールされ
る。尚、酸化剤ガスのがスシールについても同様である
。
次に、経時的なりリープについて説明する。まず、運転
開始時には一積層方向に例えば締め付は圧で約３　Ｋ１
１ｌ／ｃＪの面圧がかけられているが、長時間運転して
いると電極などがクリープを起こし変形してくる。この
ような場合においても、シール部を凹状にして弾性を持
たせ、その凹状内に電極反応部分と略同等のクリープ特
性を有する部材を充填させているので−ガス流路周縁の
シール部は電極反応部のクリープに対し追従して変形す
る。
しかも−適度な弾性があるため−その変形具合が同程度
になり、常にバランスを保って適度な面圧を電極反応部
及びシール部に印加し続けるので長期間良好なガスシー
ル性を維持して運転することができる。
上記実施例では、燃料ガス、酸化剤ガスの双方とも内部
マニホールドの場合であったが−どちらか一方のみを内
部マニホールドとするハイブリッド形の場合でも同様の
効果を奏する。
また、燃料ガスと酸化剤ガスとが直交流となる場合を示
したが、平行流の場合などでもガス流路の周縁を上記と
同様のシール部にすればよく、特にガス流の方向を限定
するものではない。
尚、上述したシール部は−特に、内部マニホールド方式
の場合に顕著性が現われるが一外部マニホールド方式の
場合にも適用できることはいうまでもない。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明したとおり、電解質層を介在して対
向する一対の電極反応部と−この両電極反応部の上記電
解質層と反対の側に設けられ、それぞれの電極反応部で
電気化学反応を起こす異なるガス流体を分離してガス流
路を形成するガス分離板とが積層された燃料電池で、上
記ガス分離板のガス流路周縁のガスシール部を積層方向
に断面凹状にして弾力性を持たせ、かつ、この凹状内部
に上記電極反応部の部材と略同等の経時的塑性変形特性
を有する部材を充填させる構成にしたので一電極反応部
のクリープによる変形に対し、シール部の変形具合を均
一に追従させてガスシール性を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例の燃料電池を構成するガス
分離板を示す斜視図、第２図及び第３図は第１図に示し
たガス分離板を展開した平面及び底面をそれぞれ示す図
、第４図乃至第７Ｆ２′ｌは＠２図及び第３図に示した
ガス分離板の各部の断面をそれぞれ示す図−第８図は第
１図のガス分離板を使用した積層型燃料電池の縦断面を
示す図−第９図は従来の内部マニホールド方式の積層型
燃料電池の断面を示す図−第１０図は第９１１２１に示
した積層型燃料電池で、−要分のガス流路を形成するガ
ス分離板を分解した図である。 図において、ＯＣは電解質層、（１１）及び（功は電極
反応部、（２１）はガス分離板−器及び（２０はガス流
路周縁のシール部、Ｃ２７）は充填部材である。 なお−各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 電解質層を介在して対向する一対の電極反応部と、この
    両電極反応部の前記電解質層と反対の側に設けられ、そ
    れぞれの電極反応部で電気化学反応を起こす異なるガス
    流体を分離してガス流路を形成するガス分離板とが積層
    された燃料電池において、前記ガス分離板のガス流路周
    縁のシール部を積層方向に断面凹状にして弾力性を持た
    せ、かつ、この凹状内部に上記電極反応部の部材と略同
    等の経時的塑性変形特性を有する部材を充填させたこと
    を特徴とする燃料電池。
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