JPH0412461A - 固体電解質燃料電池発電装置 - 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】 ［産業上の利用分野〕 本発明は、固体電解質燃料電池発電装置に関し、特に、
液体金属を用いてスタックとマニホールドとを密封する
構造を有する固体電解質燃料電池に関するものである。

［従来の技術］ 従来、固体電解質燃料電池のマニホールド構造としては
第３図に示すものが知られている。固体電解質燃料電池
（以下、特に区別の必要のない限り単に燃料電池と記す
）は、酸化物イオン導電体膜を、ガス透過性の良好な電
極膜で挟んだ発電機であり、燃料電池素子すなわち単セ
ルを直列に接続した集合体である最小の発電ユニットを
スタックと呼んでいる。

電極膜は、酸化ニッケルあるいはペロプスカイト型のラ
ンタンコバルトオキサイドのような酸化物の膜で形成さ
れており、その厚さは１００〜２００μｍである。

燃料電池スタックにおいては、燃料ガス（水素あるいは
炭化水素）をアノードに、酸化ガス（空気）をカソード
に供給する必要があり、これらのガスの供給および排気
を行なうためのマニホールドは、燃料電池スタックに供
給される前にこれらのガスが混合しなうように充分なシ
ールを必要とする。

第３図に示す従来のマニホールド構造においては、スタ
ック１の両端を窒化ボロン（ＢＮ）製のキャップの形態
のマニホールド６で受けて支持すると共にスタックｌと
マニホールド６との間にセメントを詰めることによりガ
スシールを施していた。７は、このセメントを冷却する
ために冷却水を流す冷却水路である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、燃料電池は一般に１０００℃近傍の温度
で動作するため、スタック１とマニホールド６との間に
詰めたセメントの温度が上昇するので、従来のマニホー
ルド構造においては、詰めたセメントの劣化を防止する
ためにセメントを冷却することが必要であった。

また、燃料電池が動作する際、マニホールド６とスタッ
クｌが熱膨張し、熱膨張係数の差によってマニホールド
６とスタック１との間に隙間が発生してしまうこと、セ
メントに存在する気孔のためにガスリークを完全に防止
することはできなかった。このため、スタック１に供給
される燃料ガスの利用率が低下するという問題点、漏れ
た燃料ガスが燃焼するために、マニホールド６およびス
タックｌの、セメントでシールされた部分が破壊してし
まうという問題点があった。

本発明の目的は、上述の問題点を解決し、ガスシール構
造を簡略化しかつ供給されるガスの利用率を向上させた
マニホールド構造を有する固体電解質燃料電池を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段Ｊ このような目的を達成するために、本発明は、ガス供給
・排気のための開口端を有する燃料電池スタックと、液
体金属が満たされかつ前記開口端がこの液体金属に浸漬
されているマニホールドとを備えたことを特徴とする。

（作　用ｊ 本発明に関わる燃料電池ガスシール構造は、燃料電池ス
タック、マニホールドおよび液体金属から構成される。

本発明においては、液体金属がスタック開口端管壁を濡
らしているので、この液体金属がガスのリークを防止す
るシール材として作用する。このため、従来のガスシー
ル構造では不可能であったスタック管壁とマニホールド
のすり合わせ部に沿って発生するガスリークを防止する
ことが可能となる。

また、本発明に右いては、燃料電池を動作させる際の高
温による熱膨張によりスタックの長さが液体金属中に伸
びてスタックが浸潤する長さが増加する。このため、熱
膨張によって発生するシール部分の剥離などのために起
こるガスシール機能の劣化は完全に防止することができ
る。

本発明においてはハニカム構造あるいは格子構造のガス
供給排気マニホールド構造となっている。このため、マ
ニホールドをセラミックスで形成することにより、各ス
タックを電気的に相互に絶縁することが可能である。ま
た、隣合うマニホールドの壁を低くし、液体金属がこの
壁を越えるようにすれば、隣合うスタック同士を容易に
電気的に接続することができる。

また、複数のマニホールドがハニカム状あるいは格子状
に並べられているので、マニホールドに収められている
各スタックの位置決めを容易にがつ正確に行うことがで
きる。このため、スタック同士が接触するのを防止する
ことができ、スタック同士の接続を確実に行うことがで
きる。

さらに、本発明においては、マニホールドにガイドパイ
プを設けることにより、燃料ガスの供給および排気を容
易に行うことができる。また、このガイドパイプによっ
てスタックの位置を正確に固定し、振動などによってス
タックの位置がずれることばない。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の実施例を示す。本実施例においては
単セルの内側に水素あるいは炭化水素などの燃料を、単
セルの外側に空気を流す場合、すなわち燃料電池が発電
の状態にある場合について説明する。この場合、スタッ
クの内側に燃料を、スタックの外側に空気を流すことに
なる。

燃料ガスは燃料ガス通路３を経由し、ガイドパイプ５を
介して燃料電池スタックｌに供給される。ガイドパイプ
５は耐熱温度が１０００℃以上のセラミックスあるいは
耐熱金属で作製されており、多数の孔が開けられている
。ガイドパイプ５によって、スタックｌの端は自由支持
とされている。ガイドパイプ５はスタックｌを形成する
単セル全てに均一に燃料ガスを供給するためのものであ
る。燃料ガスと空気との電気化学反応によって生じた水
は、スタック１の上方に吹き上げられて排出される。

スタックｌの内側に供給される燃料ガスの圧力と、スタ
ックｌの外側に供給される空気の圧力との差によって発
生するガス差圧は数十〜数百ｍｍＬＯである。この差圧
に起因して発生するスタック１の開口端からのガスリー
クを、マニホールド２とスタック１との間に貯溜された
液体金属４によって防止する。

ガスリークを防ぐための流動体として液体金属が適して
いるのは、スタック１の内外の差圧に対してはその重量
で十分に対応することができ、スタック１とマニホール
ド２が熱膨張あるいは収縮した場合に両者の伸縮に対し
て容易に対応することができ、また、セメントのような
固体を用いたガスシールではないのですり合わせがない
という理由による。液体金属４としては、例えば銀ロウ
のように融点８００℃前後の金属を使用することができ
る。

第２図は本発明の実施例のマニホールドの一例を示す図
である。ハニカム状のマニホールド２をアルミナあるい
は安定化ジルコニアなどのようなセラミックスで作製し
、燃料電池スタック１を第２図に示すようにガイドパイ
プ５に合せると、各マニホールド２に収められたスタッ
ク１同士は電気的に絶縁された状態にある。そこで、ス
タック１の外部に出力端子を取り出してスタック１同士
を容易に直列あるいは並列に接続することができる。

マニホールド２、を例えばＮｉ−Ｃｒ合金のような耐熱
金属で作製した場合、スタック１は出力端子なしですべ
て電気的に並列接続されるので、大電流を容易に得るこ
とができる。第２図に示すマニホールド２はハニカム状
であるが、これに限るものではなく、格子状であっても
よい。

［発明の効果〕 以上説明したように、本発明においては、燃料電池スタ
ックの開口端を液体金属中に浸す構造としたので、ガス
シールが完全なものとなり、また、液体金属の流動性の
ゆえにスタックの熱膨張による伸びを容易に吸収処理で
きるので、機械的ストレスを生ずることなく、スタック
の破損を防止することができるという効果がある。

また、本発明においては、ハニカム状あるいは格子状の
マニホールド構造を採用しているので、スタックの集積
密度が向上するという効果がある。ハニカム構造にガス
のガイドパイプを設けているので、スタックの位置を正
確に決定することができる。このため、スタックを集積
したときの各スタックの温度分布を均等にすることがで
きるので、その発電動作のばらつきを少なくすることが
できる。さらに、スタックの端をガイドパイプにより自
由支持としているので、振動などに対してもストレスを
生ずることなく耐振性を獲得することができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図は本発明
の実施例のマニホールドを示す図、 第３図は従来の固体電解質燃料電池のマニホールド構造
を示す断面図である。 ・・・燃料電池スタック、 ・・・マニホールド、 ・・・燃料ガス通路、 ・・・液体金属、 ・・・ガイドパイプ。 指定代理人 工業技術院電子技術総合研究所長 ’／’ｅ”Ｒ’）＊＄Ｌ（ｆｉ　ｌ、ｚ？　Ｅ！］第２
図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ガス供給・排気のための開口端を有する燃料電池ス
   タックと、液体金属が満たされかつ前記開口端がこの液
   体金属に浸漬されているマニホールドとを備えたことを
   特徴とする固体電解質燃料電池発電装置。 ２）前記マニホールドの複数個を集積した集積体がハニ
   カム構造を有することを特徴とする請求項１記載の固体
   電解質燃料電池発電装置。 ３）前記マニホールドにガイドパイプが設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の固体電解質燃料電池発
   電装置。