JPH0456075A

JPH0456075A - 平板型固体電解質燃料電池発電装置

Info

Publication number: JPH0456075A
Application number: JP2162661A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Miyamoto; 均宮本; Masaru Ishibashi; 勝石橋; Kazumi Ogura; 佳積小倉; Kiyoshi Watanabe; 潔渡辺; Shigeru Okura; 大倉　繁; Toshio Haneda; 羽田　壽夫
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1992-02-24
Anticipated expiration: 2014-12-13
Also published as: JP2989223B2

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、平板型固体電解質燃料電池発電装置に関する
。

〔従来の技術と課題〕

第９図及び第１Ｏ図は夫々平板型固体電解質燃料電池（
以下、平板型５ＯＦＣという）を示し、第９図は全体図
、第１Ｏ図は５ＯＦＣの要部の展開図である。ここで、
平板型５ＯＦＣ（集合電池）１は、平板形状をもつ固体
電解質２．燃料電極３及び空気電極４からなる発電層５
と、この発電層５を複数個上下方向に積層するための波
型の形状をもつ電流接続子（インタコネクタ）６，７と
、燃料と空気を遮断するための上下の隔壁８とから構成
されている。

こうした構成の平板型５ＯＦＣは、例えば第１１図に示
す如く円筒形の収納容器１１内に収納されて、ガスの供
給排出を行う。なお、図において、１２は空気入口マニ
ホールド、１３は空気出口マニホールド、１４は燃料入
口マニホールド、１５は燃料出口マニホールドである。

また、上記平板型５ＯＦＣは、例えば第１２図に示す如
く、外部からマニホールドと称するガスの供給排出機構
をパツキン１６を介して組み込まれる。

ところで、上記５ＯＦＣは作動温度が〜１ｏｏＯ”ｃと
高く、かつ使用する材料はすべてセラミックのため、脆
弱である。従って、第１１図のような円筒形の容器に収
納すれば取扱いは改善されるが、空間利用率（電池容積
／容器容積）は低い。具体的には、円筒形の容器に収納
した場合の空間利用率は２／π（６４％）で、矩形容器
に収納した場合（１／２．５０％）と比べて大きい。

一方、第１１図に示すような外部マニホールド型構造は
、外部マニホールドの形状を選定することによって空間
利用率は上げることができる。しかし、脆弱な電池を支
持する構造体がないため、取扱いは困難であり、円筒容
器のように５ＯＦＣを更に上下左右方向に積層すること
は相当困難である。

また、平板型５ＯＦＣとしては第１３図に示すような角
溝型構造のものもある。なお、図中の３１は単セル、３
２はセル支持体、３３は集電線、３４は電池入口燃料口
、３５は電池入口空気口、３Ｂはシール面を示す。しか
し、第１３図の角溝型のものも第９図の波型の平板型５
ＯＦＣでは、第１１図のような円筒形容器のみならず、
第１４図や第１５図のように方形の容器に収納しても、
燃料ガスまたは空気が満に沿って直線的にしか流せない
為、燃料電池ブロックの角部が全面的に燃Ｉｆ　（また
は空気）人口・出口になっていなければならず、空間利
用率が低い。なお、第１４図において、４１は空気入口
マニホルド、４２は空気出口マニホールド、４３は燃料
入口マニホールド、４４は燃料出口マニホールドを示す
。また、第１５図において、４５は燃料人口配管、４６
は空気入口配管を示す。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、単位容積当
りの出力性能を大幅に向上させ、かつ取扱いを容易にし
つる平板型固体電解質燃料電池発電装置を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明は、固体電解質、燃料電極及び空気電極を有した
発電層とインタコネクタとを交互に積層させてなる平板
型固体電解質燃料電池を、箱形の収納容器内に収納した
発電装置において、前記燃料電池の発電層又はインタコ
ネクタのいずれか一方の主面に凹凸部が設けられ、この
凹凸部により前記収納容器の対角線方向にガス流路が構
成され、面に接することを特徴とする平板型固体電解質
燃料電池発電装置である。

本発明において、多角形状の燃料電池の平面形状として
は、第１６図に示す如く、平面形状が４角の燃料電池４
７の角部が収納容器４８の内壁に４個所で線接触する場
合（同図（Ａ）図示）、５角形状の燃料電池４７の角部
が収納容器４８の内壁に４個所で接触ししかもその内の
１つが面接触する場合（同図（Ｂ）図示）、燃料電池の
角度が２個所で収納容器４８の内壁に面接触する場合（
同図（Ｃ）図示）、燃料電池の角度が３個所で収納容器
４Ｂの内壁に面接触する場合（同図（Ｄ）図示）、燃料
電池の角度が４個所で収納容器４８の内壁に面接触する
場合（同図（Ｅ）図示）などが挙げられる。

［作用］本発明において、燃料入口マニホールドに供給された燃
料は積層された単電池内に入り、インタコネクタによっ
てガスは分散され、均等に流路内を流れ、発電により発
生した水蒸気と残留する燃料は燃料出口マニホールドに
達する。一方、空気入口マニホールドに供給された空気
は燃料と同様にインタコネクタによって分散され、空気
電極内を流れ、発電に利用された後、空気出口マニホー
ルドに到達する。また、上記発電装置においては、燃料
と空気の供給・排出マニホールドが斜交しているため、
燃料と空気の流し型として、第７図に示す平行流と第８
図に示す対向流のいずれでも採用できる。

［実施例］以下、本発明の一実施例を第１図（Ａ）〜（Ｃ）を参照
して説明する。ここで、同図（Ａ）は本実施例に係る平
板型５ＯＦＣ発電装置の正面図、同図（Ｂ）はこの発電
装置の２段目の平面図、同図（Ｃ）はこの発電装置の１
段目の平面図である。

平板型５ＯＦＣ発電装置５１は、例えば後述する８角形
状の単電池を５０段積層して平板型ＳＯＦＣ（集合電池
）とし、これを正方形の電池収納容器に収納したモジュ
ールを奥行き方向２段、横方向５段、高さ方向２段の２
０個で構成したもので、電気出力は５０Ｋ　Ｗである。

なお、第１図中の５２は燃料入口導管、５３は燃料出口
導管、５４は空気入口導管、５５は空気出口導管を示す
。また、図において、発電装置の高さ（Ｈ）は５４０ａ
ｍ　、幅（Ｗ）は８５０■　、奥行き（Ｄ）は３４０■
である。第１図において、燃料ガスは右側下段のモジュ
ールから１０モジユールを流れた後、上段のモジュール
に流入し、上段モジュール１０個を流れて右側上段から
排出される。一方、空気は左側上段のモジュールにまず
流入し、図示したように最終的には下段左側から排出さ
れる。

前記発電装置５１は、第２図に示す如く、箱形の収納容
器５０内に８角柱状の平板型Ｓ　ＯＦ　Ｃ５６を容器内
壁に内接するように収納させた構成となっており、収納
容器５０とＳ　ＯＦ　Ｃ５Ｂとの４つの３角柱状の空間
は燃料入口マニホールド５７、燃料出口マニホールド５
８、空気入口マニホールド５９、空気出口マニホールド
６０となっている。ここで、上記マニホールド５７．５
８は５ＯＦＣの対角線上にあり、上記マニホールド５９
．　Ｈは５ＯＦＣの対角線上にある。なお、図中の６１
は電気取出線、６２はガス導入管である。第２図におい
て、電気出力の取出しは、モジュール間を接続するガス
導入・排出管の内、燃料が流れる管をＮｉなどの金属で
構成し、流入側を例えば５ＯＦＣの十に接続し、流出側
を５ＯＦＣの−に接続すれば、各モジュールは直列接続
となり、実施例の場合、電圧５００Ｖ、電流１００Ａを
燃料入口出口導管で得ることができる。

前記５ＯＦＣ５Ｂは、第３図に示す如＜、＋５０園−角
の１／４、即ち３７．Ｆｖｓづつ辺を落とした形状の８
各形状の単電池６３を複数個上下に積層したものである
。なお、８角形状の各月の長さについては４角片長さの
１／２以下、望ましくは１／４以下がよい。前記単電池
６３は、第４図に示す如く固体電解質６４．燃料電極６
５．空気電極６５からなり、上下には夫々燃料電極電流
接続子（インタコネクタ）６７、空気電極電流接続子（
インタコネクタ）６８が配置される。前記インタコネク
タの両主面には、第５図（Ａ）、（Ｂ）に示す如く　（
但し、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図
）、凹凸部６９が形成されている。なお、凹凸部６９に
よりインタコネクタの対角方向にガスが流れるが、第６
図に示すようにガスの流路７０を形成してもよい。

上記発電装置において、燃料入口マニホールド５７に供
給された燃料は積層された単電池６２内に入り、インタ
コネクタ６６によってガスは分散され、均等に流路内を
流れ、発電により発生した水蒸気と残留する燃料は燃料
出口マニホールド５８に達する。一方、空気人口マニホ
ールド５９に供給された空気は燃料と同様にインタコネ
クタ６７によって分散され、空気電極内を流れ、発電に
利用された後、空気出口マニホールド６０に到達する。

なお、上記発電装置においては、燃料と空気の供給・排
出マニホールドが斜交しているため、燃料と空気の流し
型として、第７図に示す平行流と第８図に示す対向流の
いずれでも採用できる。

上記構成の平板型５ＯＦＣ発電装置によれば、以下に列
挙する利点を有する。

（１）空間利用率が高い。従来の発電装置の空間利用率
は５０〜６４％であるのに対し、上記実施例では容易に
８０〜９０％以上を得る事ができる。なお、単電池の形
状を長方形とすれば、同じマニホールド空間で容易に９
０％以上をえることができる。

（２）取扱いが容易である。つまり、上記実施例では、
第２図のようにセラミック製の脆弱なｓ。

ＦＣは強固な容器に納めるため、取扱いが容品である。

（３）温度分布が従来の発電装置に比べて均一である。

第７図及び第８図に示したように本発明の電池の流れは
平行流あるいは抵抗流とすることができ、従来の電池の
ような直交ではない為、発電部分が均一化され、温度分
布が均一化する。これは、耐久性の向上にも資する。

（４）シール性がよい。第１１図に示す従来の収納容器
においてはシールが５ＯＦＣと収納容器が接するコーナ
ーでガスシールが要求され、完全なシ〜ルは困難である
のに対し、上記実施例では第２図に示すように各ガスの
供給・排出マニホールドは離れており、かつシールは第
１１図に示すような線ではなく面ですることができるた
めシール性能がよい。

（５）モジュール化が容易であり、コンパクトな電池か
ら大出力を取り出すことが可能である。第１図の場合、
容積当りの出力は約３５０ＫＷ／ｍ２に達する。

（６）第１０図に示すような隔壁が不要となる。

［発明の効果］以上詳述した如く本発明によれば、空間利用率が高く、
取扱いが容易で、シール性がよく、モジュール化が容易
でコンパクトな電池から大出力を取り出すことができ、
しかも従来のような隔壁が不要な平板型固体電解質燃料
電池発電装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る平板型５ＯＦＣ発電装
置の説明図、第２図は同装置に係る平板型５ＯＦＣを収
納容器に納めた状態の斜視図、第３図は平板型５ＯＦＣ
の斜視図、第４図は同平板型５ＯＦＣの要部の展開図、
第５図は同平板型５ＯＦＣのインタコネクタの説明図、
第６図はその他のインタコネクタの説明図、第７図及び
第８図は夫々５ＯＦＣへの燃料及び空気の流し方の説明
図、第９図は従来の５ＯＦＣの斜視図、第１０図はこの
５ＯＦＣの要部の展開図、第１１図はこの５ＯＦＣを円
筒型の収納容器に収納した状態の発電装置の斜視図、第
１２図は従来の外部マニホールド型発電装置の説明図、
第１３図は角溝型５ＯＦＣの説明図、第１４図及び第１
５図は夫々方形の収納容器の説明図、第１６図は本願発
明に係る多角形状の５ＯＦＣの平面形状の説明図である
。５０・・・収納容器、５１・・・発電装置、５２・・・
燃料入口導管、５３・・・燃料出口導管、５４・・・空
気入口導管、５５・・・空気出口導管、５６・・・平板
型５ＯＦＣ１５７・・・燃料入口マニホールド、５８・
・・燃料出口マニホールド、５９・・・空気入口マニホ
ールド、６０・・・空気出口マニホルド、６４・・・固
体電解質、６５・・・燃料電極、６６・・・空気電極、
６７、６８・・・インタコネクタ、６９・・・凹凸部。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第７図第８図第９図（ツ第３図第図（Ｂ）第図第図第１０図第１３図

Claims

【特許請求の範囲】

固体電解質、燃料電極及び空気電極を有した発電層とイ
ンタコネクタとを交互に積層させてなる平板型固体電解
質燃料電池を、箱形の収納容器内に収納した発電装置に
おいて、前記燃料電池の発電層又はインタコネクタのい
ずれか一方の主面に凹凸部が設けられ、この凹凸部によ
り前記収納容器の対角線方向にガス流路が構成され、更
に前記燃料電池の平面形状が多角形状をなして前記燃料
電池の角部が前記箱形容器の４つの内壁面に接すること
を特徴とする平板型固体電解質燃料電池発電装置。