JPH05190187A - 燃料セルスタック - Google Patents
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- JPH05190187A JPH05190187A JP3100135A JP10013591A JPH05190187A JP H05190187 A JPH05190187 A JP H05190187A JP 3100135 A JP3100135 A JP 3100135A JP 10013591 A JP10013591 A JP 10013591A JP H05190187 A JPH05190187 A JP H05190187A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 完全内部マニホルディングを形成する燃料セ
ルスタックを提供するものである。 【構成】 カソード２７がセパレータープレート４０か
ら間隔を置かれて、オキシダントマニホルド孔２５と連
通する、矢印３９によって指示されるカソード室を形成
する。電解質２０とセパレータープレート４０はセルの
外縁まで延在し、流体を封じ込めるための電解質とセパ
レータープレートとの間の周辺ウェットシールを形成す
る周辺ウェットシール部分２３を形成する。燃料マニホ
ルドウェットシール部分４５とオキシダントウェットシ
ール部分４６は電解質／セパレータープレートウェット
シールによってマニホルドシーリングを形成し、セパレ
ータープレート４０の反対側のアノードまたはカソード
室に流体を好ましく案内する。
ルスタックを提供するものである。 【構成】 カソード２７がセパレータープレート４０か
ら間隔を置かれて、オキシダントマニホルド孔２５と連
通する、矢印３９によって指示されるカソード室を形成
する。電解質２０とセパレータープレート４０はセルの
外縁まで延在し、流体を封じ込めるための電解質とセパ
レータープレートとの間の周辺ウェットシールを形成す
る周辺ウェットシール部分２３を形成する。燃料マニホ
ルドウェットシール部分４５とオキシダントウェットシ
ール部分４６は電解質／セパレータープレートウェット
シールによってマニホルドシーリングを形成し、セパレ
ータープレート４０の反対側のアノードまたはカソード
室に流体を好ましく案内する。
Description
【０００１】本発明は内部マニホルド形成（ｍａｎｉｈ
ｏｌｄｅｄ）及び内部リホーミング実施（ｒｅｆｏｒｍ
ｉｎｇ）燃料セルスタック［すなわち、燃料電池積重ね
体（ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｓｔａｃｋ）］に関し、特に
電解質と金属セパレータープレートとのみの間の長期間
安定なウェットシールによって完全内部マニホルド形成
セルスタックをシールし、アノード室から分離したリホ
ーミング室を形成する方法及びプロセスに関する。
ｏｌｄｅｄ）及び内部リホーミング実施（ｒｅｆｏｒｍ
ｉｎｇ）燃料セルスタック［すなわち、燃料電池積重ね
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電解質と金属セパレータープレートとのみの間の長期間
安定なウェットシールによって完全内部マニホルド形成
セルスタックをシールし、アノード室から分離したリホ
ーミング室を形成する方法及びプロセスに関する。
【０００２】一般に燃料セル発電装置（ｅｌｅｃｔｒｉ
ｃａｌ ｏｕｔｐｕｔ ｕｎｉｔ）は不活性なまたは二
極性の電子伝導性鉄金属セパレータープレートによって
分離された個々のセルの多重スタックから成る。個々の
セルは一緒にサンドイッチ形状化され、単一スタック単
位に固定されて、目的の燃料セルエネルギー出力を達成
する。各個々のセルは一般にアノードとカソード電極、
共通の電解質タイル（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｔｉｌ
ｅ）、及び燃料とオキシダントガス供給源を含む。燃料
とオキシダントガスの両方はマニホルドを通って、セパ
レータープレートと電解質タイルとの間のそれらのそれ
ぞれの反応室（ｒｅａｃｔａｎｔ ｃｈａｍｂｅｒ）に
導入される。燃料とオキシダントガスの分離を維持し、
ガス漏出を阻止する及び／または最小にするための電解
質と他のセル要素との間の接触面積はウェットシールと
して公知である。早期の燃料セル故障の原因となる主な
要因はウェットシール部分の腐食と疲労である。この故
障は高温における腐食性電解質接触と、結晶内及び結晶
間クラッキングによる構造弱体化を生じるセルの熱サイ
クル中の大きな温度変化に起因する、高い熱応力とによ
って促進される。このような故障は好ましくない燃料及
び／またはオキシダントガス交差（ｃｒｏｓｓｏｖｅ
ｒ）と、予定の酸化及び還元反応を妨げ、それによって
セル発電の中断と場合によっては停止を生じるオーバー
ボード（ｏｖｅｒｂｏａｒｄ）ガス漏出とをもたらす。
約５００℃〜７００℃の範囲内の燃料セル操作条件下で
は、溶融炭酸塩電解質は、その強度のために燃料セル
ハウジングとセパレータプレートに必要である鉄金属に
対して非常に腐食性である。溶融炭酸塩電解質燃料セル
のスタックの高温操作は、特に隣接物質の熱膨張係数が
異なる場合に、ウェットシール部分での腐食と熱応力問
題の両方を増強する。
ｃａｌ ｏｕｔｐｕｔ ｕｎｉｔ）は不活性なまたは二
極性の電子伝導性鉄金属セパレータープレートによって
分離された個々のセルの多重スタックから成る。個々の
セルは一緒にサンドイッチ形状化され、単一スタック単
位に固定されて、目的の燃料セルエネルギー出力を達成
する。各個々のセルは一般にアノードとカソード電極、
共通の電解質タイル（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｔｉｌ
ｅ）、及び燃料とオキシダントガス供給源を含む。燃料
とオキシダントガスの両方はマニホルドを通って、セパ
レータープレートと電解質タイルとの間のそれらのそれ
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導入される。燃料とオキシダントガスの分離を維持し、
ガス漏出を阻止する及び／または最小にするための電解
質と他のセル要素との間の接触面積はウェットシールと
して公知である。早期の燃料セル故障の原因となる主な
要因はウェットシール部分の腐食と疲労である。この故
障は高温における腐食性電解質接触と、結晶内及び結晶
間クラッキングによる構造弱体化を生じるセルの熱サイ
クル中の大きな温度変化に起因する、高い熱応力とによ
って促進される。このような故障は好ましくない燃料及
び／またはオキシダントガス交差（ｃｒｏｓｓｏｖｅ
ｒ）と、予定の酸化及び還元反応を妨げ、それによって
セル発電の中断と場合によっては停止を生じるオーバー
ボード（ｏｖｅｒｂｏａｒｄ）ガス漏出とをもたらす。
約５００℃〜７００℃の範囲内の燃料セル操作条件下で
は、溶融炭酸塩電解質は、その強度のために燃料セル
ハウジングとセパレータプレートに必要である鉄金属に
対して非常に腐食性である。溶融炭酸塩電解質燃料セル
のスタックの高温操作は、特に隣接物質の熱膨張係数が
異なる場合に、ウェットシール部分での腐食と熱応力問
題の両方を増強する。
【０００３】本発明は、セル要素の設計によって燃料セ
ル操作の長期間耐久性と安定性とを与える電解質／金属
ウェットシールを用いる方法で、集積スタックの個々の
セルに対する燃料とオキシダントガスの完全内部マニホ
ルディングを形成する。
ル操作の長期間耐久性と安定性とを与える電解質／金属
ウェットシールを用いる方法で、集積スタックの個々の
セルに対する燃料とオキシダントガスの完全内部マニホ
ルディングを形成する。
【０００４】本発明はまた、リホーミング触媒を害する
ことなく、炭化水素含有燃料を内部セルリホーミングす
るための分離リホーミング室を形成する内部マニホルデ
ィングを可能にする。メタンを二酸化炭素と水素とにリ
ホームする吸熱反応はセルスタック内で有利に実施され
る。
ことなく、炭化水素含有燃料を内部セルリホーミングす
るための分離リホーミング室を形成する内部マニホルデ
ィングを可能にする。メタンを二酸化炭素と水素とにリ
ホームする吸熱反応はセルスタック内で有利に実施され
る。
【０００５】商業的に実施可能な溶融炭酸塩燃料セルス
タックは、それぞれ８平方フィートのオーダーの平面面
積を有するセルを約６００個まで含みうる。このような
個々のセルからスタックを形成する場合に、セパレータ
ープレートが個々のセルを分離し、燃料とオキシダント
ガスはそれぞれ１セットのセパレータープレート中に導
入され、燃料はセパレータープレートの１面と電解質マ
トリックスのアノード側との間に導入され、オキシダン
トはセパレータープレートの他の面と第２電解質マトリ
ックスのカソード側との間に導入される。
タックは、それぞれ８平方フィートのオーダーの平面面
積を有するセルを約６００個まで含みうる。このような
個々のセルからスタックを形成する場合に、セパレータ
ープレートが個々のセルを分離し、燃料とオキシダント
ガスはそれぞれ１セットのセパレータープレート中に導
入され、燃料はセパレータープレートの１面と電解質マ
トリックスのアノード側との間に導入され、オキシダン
トはセパレータープレートの他の面と第２電解質マトリ
ックスのカソード側との間に導入される。
【０００６】燃料セル開発の重点は今まで、燃料セルス
タックから物理的に分離可能なチャンネルマニホルドを
用いる燃料とオキシダントガスの外部マニホルディング
に置かれていた。しかし、各セルの入口と出口はセルス
タックの外部にクランプされなければならない、それぞ
れの入口と出口マニホルドに対して開放されなければな
らない。電気的短絡を阻止するために、金属マニホルド
とセルスタックとの間に絶縁を用いる必要がある。外部
マニホルディングはマニホルド／マニホルドガスケット
／セルスタック界面における適切なガスシールの維持
と、セルスタックの可能な勾配に沿ったガスケット内の
炭酸塩ポンピング（ｐｕｍｐｉｎｇ）の防止とに重大な
問題を有していた。セルスタックから金属マニホルドを
絶縁する種々な組み合わせが用いられているが、気密性
かつ電気絶縁性であり、高温の溶融炭酸塩燃料セル操作
条件下で炭酸塩不透過性であるスライディングシール
（ｓｌｉｄｉｎｇ ｓｅａｌ）を形成することが困難で
あり、満足できる解決法は得られていない。マニホルデ
ィングとシーリングの問題は、セルスタックに用いるセ
ル数が多ければ多いほど、平面面積が大きければ大きい
ほど、重大になる。多数のセルを用いる場合には、スタ
ックの高さに沿ってシール部分に炭酸塩を駆動する電力
が増大し、セルの平面面積が増加する場合には、各要素
の線状耐性とマニホルド／マニホルドガスケット／セル
スタックの間でシールされる合わせ面を維持するための
各要素の側面配列（ｓｉｄｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を
維持することが非常に困難になる。
タックから物理的に分離可能なチャンネルマニホルドを
用いる燃料とオキシダントガスの外部マニホルディング
に置かれていた。しかし、各セルの入口と出口はセルス
タックの外部にクランプされなければならない、それぞ
れの入口と出口マニホルドに対して開放されなければな
らない。電気的短絡を阻止するために、金属マニホルド
とセルスタックとの間に絶縁を用いる必要がある。外部
マニホルディングはマニホルド／マニホルドガスケット
／セルスタック界面における適切なガスシールの維持
と、セルスタックの可能な勾配に沿ったガスケット内の
炭酸塩ポンピング（ｐｕｍｐｉｎｇ）の防止とに重大な
問題を有していた。セルスタックから金属マニホルドを
絶縁する種々な組み合わせが用いられているが、気密性
かつ電気絶縁性であり、高温の溶融炭酸塩燃料セル操作
条件下で炭酸塩不透過性であるスライディングシール
（ｓｌｉｄｉｎｇ ｓｅａｌ）を形成することが困難で
あり、満足できる解決法は得られていない。マニホルデ
ィングとシーリングの問題は、セルスタックに用いるセ
ル数が多ければ多いほど、平面面積が大きければ大きい
ほど、重大になる。多数のセルを用いる場合には、スタ
ックの高さに沿ってシール部分に炭酸塩を駆動する電力
が増大し、セルの平面面積が増加する場合には、各要素
の線状耐性とマニホルド／マニホルドガスケット／セル
スタックの間でシールされる合わせ面を維持するための
各要素の側面配列（ｓｉｄｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を
維持することが非常に困難になる。
【０００７】６００セルを含むセルスタックは約１０フ
ィート高さになることがあり、外部マニホルドの必要な
剛性とセルスタック上にマニホルドを押し付けるために
要するクランプ力の適用との重大な問題を有する。セル
集積体操作条件とセル操作条件との間の温度勾配、異な
る熱膨張率及びマニホルドに用いる材料の必要な強度の
ために、狭い許容差と非常に困難な加工問題が存在す
る。
ィート高さになることがあり、外部マニホルドの必要な
剛性とセルスタック上にマニホルドを押し付けるために
要するクランプ力の適用との重大な問題を有する。セル
集積体操作条件とセル操作条件との間の温度勾配、異な
る熱膨張率及びマニホルドに用いる材料の必要な強度の
ために、狭い許容差と非常に困難な加工問題が存在す
る。
【０００８】通常、個々の溶融炭酸塩燃料セルのスタッ
クはウェットシールを形成し、取り入れマニホルドと排
出マニホルドを形成するために、セパレータープレート
の周囲にスペーサーストリップを用いて、構成されてい
る。燃料セルウェットシール部分を高温環境下でシール
する種々な手段が下記特許に開示されている：米国特許
第４，５７９，７８８号はウェットシールストリップが
粉末冶金方法を用いて製造されることを教えている；米
国特許３，７２３，１８６号は電解質自体が電解質とフ
レームまたはハウジングとの間に不活性な周辺シールを
形成するためにその周辺の周囲領域において不活性物質
から成ることを教えている；米国特許４，１６０，０６
７号はウェットシール部分の燃料セルハウジングまたは
セパレーター上に不活性物質を付着させるまたは燃料セ
ルハウジングまたはセパレーター中に不活性物質を含浸
させることを教えている；米国特許第３，８６７，２０
６号は電解質飽和マトリックスと電極の電解質飽和周縁
との間のウェットシールを教えている；米国特許第４，
７６１，３４８号はアノードとカソードをそれぞれオキ
シダントガスと燃料ガスから単離するガスシーリング機
能を形成するためのガス不透過性物質の周辺レールを教
えている；米国特許４，３２９，４０３号は電極から内
部電解質領域へ通るにつれて、熱膨張率が徐々に変化す
るグレード化（ｇｒａｄｅｄ）電解質組成物を教えてい
る；及び米国特許第３，５１４，３３３号は薄いアルミ
ニウムシーリングガスケットの使用による高温燃料セル
におけるアルカリ金属炭酸塩電解質のハウジングを教え
ている。上記特許のいずれも燃料セルスタック内の不活
性燃料とオキシダントの周囲のシーリングを扱っていな
い。
クはウェットシールを形成し、取り入れマニホルドと排
出マニホルドを形成するために、セパレータープレート
の周囲にスペーサーストリップを用いて、構成されてい
る。燃料セルウェットシール部分を高温環境下でシール
する種々な手段が下記特許に開示されている：米国特許
第４，５７９，７８８号はウェットシールストリップが
粉末冶金方法を用いて製造されることを教えている；米
国特許３，７２３，１８６号は電解質自体が電解質とフ
レームまたはハウジングとの間に不活性な周辺シールを
形成するためにその周辺の周囲領域において不活性物質
から成ることを教えている；米国特許４，１６０，０６
７号はウェットシール部分の燃料セルハウジングまたは
セパレーター上に不活性物質を付着させるまたは燃料セ
ルハウジングまたはセパレーター中に不活性物質を含浸
させることを教えている；米国特許第３，８６７，２０
６号は電解質飽和マトリックスと電極の電解質飽和周縁
との間のウェットシールを教えている；米国特許第４，
７６１，３４８号はアノードとカソードをそれぞれオキ
シダントガスと燃料ガスから単離するガスシーリング機
能を形成するためのガス不透過性物質の周辺レールを教
えている；米国特許４，３２９，４０３号は電極から内
部電解質領域へ通るにつれて、熱膨張率が徐々に変化す
るグレード化（ｇｒａｄｅｄ）電解質組成物を教えてい
る；及び米国特許第３，５１４，３３３号は薄いアルミ
ニウムシーリングガスケットの使用による高温燃料セル
におけるアルカリ金属炭酸塩電解質のハウジングを教え
ている。上記特許のいずれも燃料セルスタック内の不活
性燃料とオキシダントの周囲のシーリングを扱っていな
い。
【０００９】約１５０℃〜２２０℃で操作するリン酸燃
料セルの、セル要素の周辺の孔質物質の孔に炭化ケイ素
及び窒化ケイ素を充填することによるガスシーリングは
米国特許第４，７１８，７２７号によって教えられてお
り、基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｐｌａｔｅ）縁の間隙
スペースに含浸することによるガスシーリングは米国特
許第４，７８６，５６８号と米国特許第４，８２４，７
３９号によって教えられている。例えば米国特許第４，
２５９，３８９号の開示による粒状不活性物質へのポリ
テトラフルオロエチレンの結合；米国特許第３，０１
２，０８６号の開示によるポリエチレンのガスケット；
及び燃料のみの内部マニホルディングに関する米国特許
第３，５８９，９４１号の開示によるＯリングシールの
ような、低温電解セルで直面されるシーリング問題と腐
食問題の解決方法は、高温溶融炭酸塩燃料セルには適さ
ない。米国特許第４５１０２１３号は個々のセルのガス
コンパートメントへの燃料とオキシダントのマニホルド
を形成するためのセル単位の活性部分を囲むトランジッ
ションフレーム（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｆｒａｍｅ）
を教えており、このマニホルドはセパレーターもセルの
電解質タイルも通過しない。トランジッションフレーム
は隣接セル間の複雑な絶縁を必要とし、幾つかの分離し
た、複雑な要素から構成される。米国特許第４７０８９
１６号は溶融炭酸塩燃料セルのための燃料の内部マニホ
ルディングとオキシダントの外部マニホルディングとを
教えており、この場合には数セットの燃料マニホルドが
個々のセルの中央部分と対立端部とにおいて電極並びに
電解質とセパレーターを通過して、短絡（ｓｈｏｒｔｅ
ｎｅｄ）燃料流路を形成する。端部燃料マニホルドはセ
パレータープレートの肥厚縁壁部分にあり、中央燃料マ
ニホルドは肥厚中央部分を通過し、カソードを通って延
在する、炭酸塩含浸シーリングテープまたは分離シリン
ダー状流路インサートが設けられる。
料セルの、セル要素の周辺の孔質物質の孔に炭化ケイ素
及び窒化ケイ素を充填することによるガスシーリングは
米国特許第４，７１８，７２７号によって教えられてお
り、基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｐｌａｔｅ）縁の間隙
スペースに含浸することによるガスシーリングは米国特
許第４，７８６，５６８号と米国特許第４，８２４，７
３９号によって教えられている。例えば米国特許第４，
２５９，３８９号の開示による粒状不活性物質へのポリ
テトラフルオロエチレンの結合；米国特許第３，０１
２，０８６号の開示によるポリエチレンのガスケット；
及び燃料のみの内部マニホルディングに関する米国特許
第３，５８９，９４１号の開示によるＯリングシールの
ような、低温電解セルで直面されるシーリング問題と腐
食問題の解決方法は、高温溶融炭酸塩燃料セルには適さ
ない。米国特許第４５１０２１３号は個々のセルのガス
コンパートメントへの燃料とオキシダントのマニホルド
を形成するためのセル単位の活性部分を囲むトランジッ
ションフレーム（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｆｒａｍｅ）
を教えており、このマニホルドはセパレーターもセルの
電解質タイルも通過しない。トランジッションフレーム
は隣接セル間の複雑な絶縁を必要とし、幾つかの分離し
た、複雑な要素から構成される。米国特許第４７０８９
１６号は溶融炭酸塩燃料セルのための燃料の内部マニホ
ルディングとオキシダントの外部マニホルディングとを
教えており、この場合には数セットの燃料マニホルドが
個々のセルの中央部分と対立端部とにおいて電極並びに
電解質とセパレーターを通過して、短絡（ｓｈｏｒｔｅ
ｎｅｄ）燃料流路を形成する。端部燃料マニホルドはセ
パレータープレートの肥厚縁壁部分にあり、中央燃料マ
ニホルドは肥厚中央部分を通過し、カソードを通って延
在する、炭酸塩含浸シーリングテープまたは分離シリン
ダー状流路インサートが設けられる。
【００１０】セルの対立端部に沿った多重マニホルド孔
を利用して、燃料ガスとオキシダントガスの並流と向流
とを形成する内部マニホルディングも試みられている。
これらの燃料マニホルドは対立端部に沿った拡大周辺ウ
ェットシール部分に配置されるが、マニホルドは電解質
の外部で複雑な構造であるかまたは電極の少なくとも一
つを通過する。しかし、隣接マニホルド孔が燃料とオキ
シダントガスに対して用いられており、これは短いウェ
ットシール部分を横切る短い流路を形成し、ガス漏出と
必要な拡大周辺シール部分がセル活性部分を好ましくな
く減ずる。同様に、内部マニホルディングを形成する先
行技術の試みは、セルの４縁全ての各々に拡大周辺ウェ
ットシール部分に沿って多重マニホルド孔を用いて、交
差流（ｃｒｏｓｓ ｆｌｏｗ）を形成しているが、この
場合にも隣接する燃料とオキシダントマニホルドの同じ
ような複雑な構造と孔の間の短い流路がガスの漏出を生
じ、セルの活性部分をさらに減ずる。
を利用して、燃料ガスとオキシダントガスの並流と向流
とを形成する内部マニホルディングも試みられている。
これらの燃料マニホルドは対立端部に沿った拡大周辺ウ
ェットシール部分に配置されるが、マニホルドは電解質
の外部で複雑な構造であるかまたは電極の少なくとも一
つを通過する。しかし、隣接マニホルド孔が燃料とオキ
シダントガスに対して用いられており、これは短いウェ
ットシール部分を横切る短い流路を形成し、ガス漏出と
必要な拡大周辺シール部分がセル活性部分を好ましくな
く減ずる。同様に、内部マニホルディングを形成する先
行技術の試みは、セルの４縁全ての各々に拡大周辺ウェ
ットシール部分に沿って多重マニホルド孔を用いて、交
差流（ｃｒｏｓｓ ｆｌｏｗ）を形成しているが、この
場合にも隣接する燃料とオキシダントマニホルドの同じ
ような複雑な構造と孔の間の短い流路がガスの漏出を生
じ、セルの活性部分をさらに減ずる。
【００１１】燃料としてガス化生成物を用いる場合に
は、燃料セルスタック内での内部リホーミングによっ
て、炭化水素成分をリホームして、燃料の水素含量を高
めることが好ましい。しかし、通常のリホーミング触媒
は活性部位が炭酸塩被膜によって覆われるために、溶融
炭酸塩電解質によって害されることが公知である。「直
接燃料セルのための内部リホーミング触媒の開発（Ｄｅ
ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆＩｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｏ
ｒｍｉｎｇ Ｃａｔａｌｙｓｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｄ
ｉｒｅｃｔ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）」、ミカエル ター
ジャニ（Ｍｉｃｈａｅｌ Ｔａｒｊａｎｙｉ）、ローレ
ンス ペッチ（Ｌａｗｒｅｎｃｅ Ｐａｅｔｓｃｈ）、
ランドルフ バーナード（Ｒａｎｄｏｌｐｈ Ｂｅｒｎ
ａｒｄ）、ホセイン ゲゼルーアヤフ（Ｈｏｓｅｉｎ
Ｇｈｅｚｅｌ−Ａｙａｇｈ）．１９８５ 燃料セル セ
ミナー、タクソン アリズ．、１９８５年５月１９〜２
２日、１７７〜１８１頁参照のこと。溶融炭酸塩燃料セ
ルの長期間耐久性の失敗を生じる、他の既知問題には、
孔質アノード構造の変形、例えば集電装置（ｃｕｒｒｅ
ｎｔ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）、セパレータープレート等
のようなアノード側ハードウェアの溶融炭酸塩電解質に
よる腐食、それによる電解質損失、孔質アノードによる
ガス交差、及びアノードとカソードの溶解による電解質
損失がある。これらの問題の一つ以上を解決して、燃料
セルの長期間安定性と耐久性を与えることが多く試みら
れている 燃料セルのアノードコンパートメントへの燃料フィード
流の水素含量を高めることは、幾つかの特許によって教
えられている。米国特許第３，２６６，９３８号は複数
の高温燃料セルを連続的に配置し、系列内の第１燃料セ
ルのアノードコンパートメントからの使用済みガスをセ
ルの外部で吸熱リホーミング反応によって触媒リホーム
して、追加の水素を形成し、次に系列内の第２セルのア
ノードコンパートメントに通し、第２燃料セルのアノー
ドコンパートメントからの使用済みガスはセル外部での
触媒発熱シフト反応に供給し、系列内の第３燃料セルの
アノードコンパートメントに通すための水素をさらに製
造することを教えている。リホーミング反応とシフト反
応は燃料セルの外部で実施され、燃料セルのアノードコ
ンパートメントへの燃料フィードへの水素含量を高め
る。米国特許第４，５２２，８９４号は液体炭化水素フ
ィードの水素含量を触媒酸化とスチームリホーミングと
によって高めることを教えており、この場合には酸化か
らの熱エネルギーを燃料セル外部でのリホーミングに利
用して、燃料セルのアノードコンパートメントへの燃料
フィード流の水素含量を高めている。米国特許第３，４
８８，２２６号は溶融炭酸塩燃料セルのアノードコンパ
ートメントへの燃料フィードの水素を高めるための液体
炭化水素の低温、低圧スチームリホーミングを教えてお
り、この場合にはリホーミングは燃料セルの外部で実施
され、燃料セル発生熱のヒートシンクとして作用する。
１実施態様では、リホーミング触媒が燃料セルアノード
室に入れられる。いずれの配置においても、燃料セルか
らの廃熱は水素発生のための吸熱リホーミング反応に直
接利用される。米国特許第４７０２９７３号は溶融炭酸
塩燃料セルの二重コンパートメントアノード構造を教え
ており、このセルでは溶融炭酸塩電解質が汚染燃料ガス
とリホーミング触媒から水素イオン孔質及び電解質非孔
質金属ホイルによって単離される。
は、燃料セルスタック内での内部リホーミングによっ
て、炭化水素成分をリホームして、燃料の水素含量を高
めることが好ましい。しかし、通常のリホーミング触媒
は活性部位が炭酸塩被膜によって覆われるために、溶融
炭酸塩電解質によって害されることが公知である。「直
接燃料セルのための内部リホーミング触媒の開発（Ｄｅ
ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆＩｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｏ
ｒｍｉｎｇ Ｃａｔａｌｙｓｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｄ
ｉｒｅｃｔ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）」、ミカエル ター
ジャニ（Ｍｉｃｈａｅｌ Ｔａｒｊａｎｙｉ）、ローレ
ンス ペッチ（Ｌａｗｒｅｎｃｅ Ｐａｅｔｓｃｈ）、
ランドルフ バーナード（Ｒａｎｄｏｌｐｈ Ｂｅｒｎ
ａｒｄ）、ホセイン ゲゼルーアヤフ（Ｈｏｓｅｉｎ
Ｇｈｅｚｅｌ−Ａｙａｇｈ）．１９８５ 燃料セル セ
ミナー、タクソン アリズ．、１９８５年５月１９〜２
２日、１７７〜１８１頁参照のこと。溶融炭酸塩燃料セ
ルの長期間耐久性の失敗を生じる、他の既知問題には、
孔質アノード構造の変形、例えば集電装置（ｃｕｒｒｅ
ｎｔ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）、セパレータープレート等
のようなアノード側ハードウェアの溶融炭酸塩電解質に
よる腐食、それによる電解質損失、孔質アノードによる
ガス交差、及びアノードとカソードの溶解による電解質
損失がある。これらの問題の一つ以上を解決して、燃料
セルの長期間安定性と耐久性を与えることが多く試みら
れている 燃料セルのアノードコンパートメントへの燃料フィード
流の水素含量を高めることは、幾つかの特許によって教
えられている。米国特許第３，２６６，９３８号は複数
の高温燃料セルを連続的に配置し、系列内の第１燃料セ
ルのアノードコンパートメントからの使用済みガスをセ
ルの外部で吸熱リホーミング反応によって触媒リホーム
して、追加の水素を形成し、次に系列内の第２セルのア
ノードコンパートメントに通し、第２燃料セルのアノー
ドコンパートメントからの使用済みガスはセル外部での
触媒発熱シフト反応に供給し、系列内の第３燃料セルの
アノードコンパートメントに通すための水素をさらに製
造することを教えている。リホーミング反応とシフト反
応は燃料セルの外部で実施され、燃料セルのアノードコ
ンパートメントへの燃料フィードへの水素含量を高め
る。米国特許第４，５２２，８９４号は液体炭化水素フ
ィードの水素含量を触媒酸化とスチームリホーミングと
によって高めることを教えており、この場合には酸化か
らの熱エネルギーを燃料セル外部でのリホーミングに利
用して、燃料セルのアノードコンパートメントへの燃料
フィード流の水素含量を高めている。米国特許第３，４
８８，２２６号は溶融炭酸塩燃料セルのアノードコンパ
ートメントへの燃料フィードの水素を高めるための液体
炭化水素の低温、低圧スチームリホーミングを教えてお
り、この場合にはリホーミングは燃料セルの外部で実施
され、燃料セル発生熱のヒートシンクとして作用する。
１実施態様では、リホーミング触媒が燃料セルアノード
室に入れられる。いずれの配置においても、燃料セルか
らの廃熱は水素発生のための吸熱リホーミング反応に直
接利用される。米国特許第４７０２９７３号は溶融炭酸
塩燃料セルの二重コンパートメントアノード構造を教え
ており、このセルでは溶融炭酸塩電解質が汚染燃料ガス
とリホーミング触媒から水素イオン孔質及び電解質非孔
質金属ホイルによって単離される。
【００１２】本発明は燃料セルスタック内で炭化水素燃
料をリホーミングして、吸熱リホーミング反応のための
熱エネルギーを形成し、燃料セルの発熱電気化学反応に
よる加熱のために燃料セルスタックを好ましく冷却する
完全内部マニホルド形成燃料セルスタックを提供する。
本発明は特に、高温溶融炭酸塩燃料セルスタックでの使
用に適し、リホーミング触媒の、溶融炭酸塩の場合には
触媒を容易に害する電解質からの分離を可能にする。本
発明の完全内部マニホルド形成燃料セルは平面要素を含
むセル、特に、例えば固体酸化物燃料セルのような、他
の高温燃料セルに適する。一般に長方形の燃料セルスタ
ックは、アノードとカソードとを含む複数の燃料セル単
位；前記アノードと１面において接触し、前記カソード
と反対側面において接触する電解質；及び前記セルを前
記アノードとカソードとの間で分離して、その１面と前
記アノードとの間にアノード室を形成し、その反対面と
前記カソードとの間にカソード室を形成するセパレータ
ープレートから成る。燃料セル単位を積み重ね、各端部
において半セルを形成するセパレータープレートと同じ
内部輪郭を有する端部プレートを備え、クランプして、
燃料セルスタックに硬質構造を与える。セルスタック内
に、約５〜約１０個のセル単位群の間に分散して、リホ
ーミング室を若干改良したセパレータープレートによっ
て形成し、リホーミング室に内部反応ガスマニホルドか
ら炭化水素燃料とスチームを供給し、リホーミング室内
のリホーミング触媒上に通し、水素富化生成物ガスを燃
料セルスタックの内部燃料マニホルドに供給する。本発
明の燃料セルスタックでは、電解質とセパレータープレ
ートとが同じ輪郭を有し、燃料セルスタックの縁まで延
在するが、電極と集電装置は燃料セルスタックの縁まで
延在しない。セパレータープレートは平たい周辺ウェッ
トシール構造を有し、これはセパレータープレートの各
面の周辺の全周囲において電解質と接触するまで延在し
て、セル操作条件下で連続周辺セパレータープレート／
電解質ウェットシールを形成する。
料をリホーミングして、吸熱リホーミング反応のための
熱エネルギーを形成し、燃料セルの発熱電気化学反応に
よる加熱のために燃料セルスタックを好ましく冷却する
完全内部マニホルド形成燃料セルスタックを提供する。
本発明は特に、高温溶融炭酸塩燃料セルスタックでの使
用に適し、リホーミング触媒の、溶融炭酸塩の場合には
触媒を容易に害する電解質からの分離を可能にする。本
発明の完全内部マニホルド形成燃料セルは平面要素を含
むセル、特に、例えば固体酸化物燃料セルのような、他
の高温燃料セルに適する。一般に長方形の燃料セルスタ
ックは、アノードとカソードとを含む複数の燃料セル単
位；前記アノードと１面において接触し、前記カソード
と反対側面において接触する電解質；及び前記セルを前
記アノードとカソードとの間で分離して、その１面と前
記アノードとの間にアノード室を形成し、その反対面と
前記カソードとの間にカソード室を形成するセパレータ
ープレートから成る。燃料セル単位を積み重ね、各端部
において半セルを形成するセパレータープレートと同じ
内部輪郭を有する端部プレートを備え、クランプして、
燃料セルスタックに硬質構造を与える。セルスタック内
に、約５〜約１０個のセル単位群の間に分散して、リホ
ーミング室を若干改良したセパレータープレートによっ
て形成し、リホーミング室に内部反応ガスマニホルドか
ら炭化水素燃料とスチームを供給し、リホーミング室内
のリホーミング触媒上に通し、水素富化生成物ガスを燃
料セルスタックの内部燃料マニホルドに供給する。本発
明の燃料セルスタックでは、電解質とセパレータープレ
ートとが同じ輪郭を有し、燃料セルスタックの縁まで延
在するが、電極と集電装置は燃料セルスタックの縁まで
延在しない。セパレータープレートは平たい周辺ウェッ
トシール構造を有し、これはセパレータープレートの各
面の周辺の全周囲において電解質と接触するまで延在し
て、セル操作条件下で連続周辺セパレータープレート／
電解質ウェットシールを形成する。
【００１３】電解質とセパレータープレートとは望まし
い位置に複数の配向穿孔を有し、各セパレータープレー
ト穿孔は平たいマニホルドウェットシール構造によって
囲まれ、平たいマニホルドウェットシール構造はセパレ
ータープレートの各面で電解質と接触するまで延在し
て、セル操作条件下で各穿孔を囲むセパレータープレー
ト／電解質マニホルドウェットシールを形成して、各穿
孔を通り、セルスタックを通って延在するガスマニホル
ドを形成する。延在マニホルドウェットシール構造を通
る流路（ｃｏｎｄｕｉｔ）または孔はセパレータープレ
ートの１面上で燃料マニホルドとアノード室との間の気
体連絡を可能にし、延在マニホルドウェットシール構造
を通る流路または孔はセパレータープレートの他の面上
でオキシダントマニホルドとカソード室との間の気体連
絡を可能にする。この構造は燃料セルスタック内の単位
燃料セルの各々への及び単位燃料セルの各々からの燃料
とオキシダントガスの完全内部マニホルド形成を可能に
する。同様に、炭化水素反応ガスとスチームは燃料セル
スタック全体に散在するリホーミング室に供給され、水
素富化リホームド（ｒｅｆｏｒｍｅｄ）生成物ガスは各
リホーミング室から燃料マニホルドに供給される。
い位置に複数の配向穿孔を有し、各セパレータープレー
ト穿孔は平たいマニホルドウェットシール構造によって
囲まれ、平たいマニホルドウェットシール構造はセパレ
ータープレートの各面で電解質と接触するまで延在し
て、セル操作条件下で各穿孔を囲むセパレータープレー
ト／電解質マニホルドウェットシールを形成して、各穿
孔を通り、セルスタックを通って延在するガスマニホル
ドを形成する。延在マニホルドウェットシール構造を通
る流路（ｃｏｎｄｕｉｔ）または孔はセパレータープレ
ートの１面上で燃料マニホルドとアノード室との間の気
体連絡を可能にし、延在マニホルドウェットシール構造
を通る流路または孔はセパレータープレートの他の面上
でオキシダントマニホルドとカソード室との間の気体連
絡を可能にする。この構造は燃料セルスタック内の単位
燃料セルの各々への及び単位燃料セルの各々からの燃料
とオキシダントガスの完全内部マニホルド形成を可能に
する。同様に、炭化水素反応ガスとスチームは燃料セル
スタック全体に散在するリホーミング室に供給され、水
素富化リホームド（ｒｅｆｏｒｍｅｄ）生成物ガスは各
リホーミング室から燃料マニホルドに供給される。
【００１４】端部プレートはそれらの内側においてセパ
レータープレートと同じ輪郭を有し、燃料セルスタック
の各マニホルドセットからの供給と排出のための手段を
備える。端部プレート接続部（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）
における適当なマニホルドセットへの燃料ガス、オキシ
ダントガス及び炭化水素反応ガスの供給と排出の外部手
段は技術上公知の手段によって形成される。「マニホル
ドセット」とは、１個以上の燃料入口を形成する第１セ
ット、１個以上の使用済み燃料出口を形成する第２セッ
ト、１個以上のオキシダント入口を形成する第３セッ
ト、１個以上の使用済みオキシダント出口を形成する第
４セット、及び１個以上の反応ガス入口を形成する第５
セットを意味する。マニホルドを形成する、セパレータ
ープレートと電解質とを通る穿孔は円形、方形、長方
形、三角形または他の好ましい形状とサイズを取りう
る。このような各穿孔は単一穿孔と呼ばれるが、好まし
いガス分配を生じるために、バフル（ｂａｆｆｌｉｎ
ｇ）を含みうる。好ましいガス流量とセルの活性部分を
横切る好ましいパターンとを形成するために必要に応じ
て、如何なる数のマニホルドをもセパレータープレート
と電解質とに設けることができる。各マニホルド周囲の
セパレータープレートと電解質との間に直接完全ウェッ
トシールを形成し、隣接マニホルドの縁が少なくとも約
０．２５ｉｎ．離れていることが本発明において重要で
ある。本発明はまた、内部マニホルドの領域外でもセパ
レータープレートと電解質の間に直接、連続周辺ウェッ
トシールを形成する。
レータープレートと同じ輪郭を有し、燃料セルスタック
の各マニホルドセットからの供給と排出のための手段を
備える。端部プレート接続部（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）
における適当なマニホルドセットへの燃料ガス、オキシ
ダントガス及び炭化水素反応ガスの供給と排出の外部手
段は技術上公知の手段によって形成される。「マニホル
ドセット」とは、１個以上の燃料入口を形成する第１セ
ット、１個以上の使用済み燃料出口を形成する第２セッ
ト、１個以上のオキシダント入口を形成する第３セッ
ト、１個以上の使用済みオキシダント出口を形成する第
４セット、及び１個以上の反応ガス入口を形成する第５
セットを意味する。マニホルドを形成する、セパレータ
ープレートと電解質とを通る穿孔は円形、方形、長方
形、三角形または他の好ましい形状とサイズを取りう
る。このような各穿孔は単一穿孔と呼ばれるが、好まし
いガス分配を生じるために、バフル（ｂａｆｆｌｉｎ
ｇ）を含みうる。好ましいガス流量とセルの活性部分を
横切る好ましいパターンとを形成するために必要に応じ
て、如何なる数のマニホルドをもセパレータープレート
と電解質とに設けることができる。各マニホルド周囲の
セパレータープレートと電解質との間に直接完全ウェッ
トシールを形成し、隣接マニホルドの縁が少なくとも約
０．２５ｉｎ．離れていることが本発明において重要で
ある。本発明はまた、内部マニホルドの領域外でもセパ
レータープレートと電解質の間に直接、連続周辺ウェッ
トシールを形成する。
【００１５】好ましい１実施態様では、本発明によるセ
パレータープレートは完全活性燃料セル部分に波形を有
する薄いプレス金属プレートであり、１面では完全周辺
ウェットシール構造とマニホルドウェットシール構造と
を形成し、セパレータープレートの反対面ではセパレー
タープレートの反対面に溶接された直立（ｕｐｓｔａｎ
ｄｉｎｇ）ウェットシール構造がセパレータープレート
と電解質との間に完全周辺ウェットシールとマニホルド
ウェットシールを形成する。セパレータープレートと電
解質との間に直接ウェットシールを形成するための延在
ウェットシール部分の形成には、粉末冶金によって形成
されるバー、ストリップ等のような、如何なる構造を用
いられる。
パレータープレートは完全活性燃料セル部分に波形を有
する薄いプレス金属プレートであり、１面では完全周辺
ウェットシール構造とマニホルドウェットシール構造と
を形成し、セパレータープレートの反対面ではセパレー
タープレートの反対面に溶接された直立（ｕｐｓｔａｎ
ｄｉｎｇ）ウェットシール構造がセパレータープレート
と電解質との間に完全周辺ウェットシールとマニホルド
ウェットシールを形成する。セパレータープレートと電
解質との間に直接ウェットシールを形成するための延在
ウェットシール部分の形成には、粉末冶金によって形成
されるバー、ストリップ等のような、如何なる構造を用
いられる。
【００１６】好ましい１実施態様では、マニホルドとア
ノード室、カソード室並びにリホーミング室との間の気
体連絡を可能にする、延在マニホルドウェットシール構
造を通る流路または孔は適当な波形金属によって形成さ
れた開口であるか、または金属シートまたはバー構造を
通過する孔でありうる。
ノード室、カソード室並びにリホーミング室との間の気
体連絡を可能にする、延在マニホルドウェットシール構
造を通る流路または孔は適当な波形金属によって形成さ
れた開口であるか、または金属シートまたはバー構造を
通過する孔でありうる。
【００１７】本発明は平たい、薄いシート金属構造と電
解質との間に単純なウェットシールを形成し、それによ
って１ガス流路の隣接ガス流路からのシーリングを保証
する。これは例えば溶融炭酸塩燃料セルスタックのよう
な、高温、腐食性燃料セルからの完全内部マニホルド化
（ｍａｎｉｈｏｌｄｅｄ）ガス供給と除去の有効な実施
手段を形成する。本発明の構造の使用は多重セルスタッ
クに炭酸塩を供給する有効な、種々な手段をも形成す
る。
解質との間に単純なウェットシールを形成し、それによ
って１ガス流路の隣接ガス流路からのシーリングを保証
する。これは例えば溶融炭酸塩燃料セルスタックのよう
な、高温、腐食性燃料セルからの完全内部マニホルド化
（ｍａｎｉｈｏｌｄｅｄ）ガス供給と除去の有効な実施
手段を形成する。本発明の構造の使用は多重セルスタッ
クに炭酸塩を供給する有効な、種々な手段をも形成す
る。
【００１８】本発明の構造は炭化水素燃料ガスをリホー
ムするために、燃料セルスタック中に散在した、完全内
部マニホルド化リホーミング室を形成し、アノードコン
パートメントに水素富化燃料を供給し、電気化学的発生
熱エネルギーを利用して、燃料セルスタックを冷却しな
がらリホーミング反応を駆動する。
ムするために、燃料セルスタック中に散在した、完全内
部マニホルド化リホーミング室を形成し、アノードコン
パートメントに水素富化燃料を供給し、電気化学的発生
熱エネルギーを利用して、燃料セルスタックを冷却しな
がらリホーミング反応を駆動する。
【００１９】本発明は燃料セル要素、特にセパレーター
プレートの大量生産可能な形状とそれの費用効果的な製
造とを可能にする。本発明の溶融炭酸塩燃料セル単位の
使用は燃料セルスタックの集積と燃料セルスタックの種
々なサイズの調整とを可能にする。
プレートの大量生産可能な形状とそれの費用効果的な製
造とを可能にする。本発明の溶融炭酸塩燃料セル単位の
使用は燃料セルスタックの集積と燃料セルスタックの種
々なサイズの調整とを可能にする。
【００２０】本発明はまた、内部リホーミングを行う完
全内部マニホルド化燃料セルスタック、特に溶融炭酸塩
燃料セルスタックを用いた、発電方法をも提供する。
全内部マニホルド化燃料セルスタック、特に溶融炭酸塩
燃料セルスタックを用いた、発電方法をも提供する。
【００２１】本発明の他の特徴は、下記の本発明の詳細
な説明から、図面を参照するならば、明らかになる。
な説明から、図面を参照するならば、明らかになる。
【００２２】図１は、本発明の原理を説明する、単一セ
ルの対角線（ｄｉａｇｏｎａｌ）に沿った分解側断面図
であり；図２は本発明の１実施態様による燃料セルスタ
ックの単一セル単位の分解斜視図であり；図３は本発明
の１実施態様による燃料セルの断面側面図であり；図４
は燃料マニホルド流路からアノードコンパートメントへ
の開口を示す単一セル単位の断面側面図であり；図５は
オキシダントマニホルド流路からカソードコンパートメ
ントへの開口を示す、図４に示したセル単位の断面側面
図であり；図６は本発明による完全マニホルド化燃料セ
ルスタックのためのマニホルドプレートの他の実施態様
の正面図であり；図７は図６に示したマニホルドプレー
トの反対面図であり；図８は図６に示した８−８に沿っ
た拡大断面図であり；図９は図６に示した９−９に沿っ
た拡大断面図であり；図１０は図６に示した１０−１０
に沿った拡大断面図であり；図１１は本発明の１実施態
様による内部リホーミング室を有する燃料セルスタック
の一部の分解斜視図である。
ルの対角線（ｄｉａｇｏｎａｌ）に沿った分解側断面図
であり；図２は本発明の１実施態様による燃料セルスタ
ックの単一セル単位の分解斜視図であり；図３は本発明
の１実施態様による燃料セルの断面側面図であり；図４
は燃料マニホルド流路からアノードコンパートメントへ
の開口を示す単一セル単位の断面側面図であり；図５は
オキシダントマニホルド流路からカソードコンパートメ
ントへの開口を示す、図４に示したセル単位の断面側面
図であり；図６は本発明による完全マニホルド化燃料セ
ルスタックのためのマニホルドプレートの他の実施態様
の正面図であり；図７は図６に示したマニホルドプレー
トの反対面図であり；図８は図６に示した８−８に沿っ
た拡大断面図であり；図９は図６に示した９−９に沿っ
た拡大断面図であり；図１０は図６に示した１０−１０
に沿った拡大断面図であり；図１１は本発明の１実施態
様による内部リホーミング室を有する燃料セルスタック
の一部の分解斜視図である。
【００２３】本発明は完全内部マニホルド化燃料セルス
タックに関する。好ましい実施態様では、電解質タイル
をマニホルド流路が貫通し、特定領域では、電解質がセ
パレータープレートと接触して、セルスタック内に流体
を維持するための電解質／セパレータープレート周辺ウ
ェットシールと、反応物コンパートメントを単離し、個
々の溶融炭酸塩燃料セル内の反応物コンパートメント及
び燃料セルスタック中に散在するリホーミング室へまた
はから流体を案内するための電解質／セパレータープレ
ートマニホルドシールとを形成する。本発明は、セパレ
ータープレートの１面から延在するプレスシール部分と
セパレータープレートの反対面から延在する薄いシート
形とを有してシール部分を形成する薄いシート形セパレ
ータープレートを用いるのが好ましい。薄いシート形シ
ール部分は限定されたフレキシビリティと弾性とを有
し、緻密なシーリングを形成する。
タックに関する。好ましい実施態様では、電解質タイル
をマニホルド流路が貫通し、特定領域では、電解質がセ
パレータープレートと接触して、セルスタック内に流体
を維持するための電解質／セパレータープレート周辺ウ
ェットシールと、反応物コンパートメントを単離し、個
々の溶融炭酸塩燃料セル内の反応物コンパートメント及
び燃料セルスタック中に散在するリホーミング室へまた
はから流体を案内するための電解質／セパレータープレ
ートマニホルドシールとを形成する。本発明は、セパレ
ータープレートの１面から延在するプレスシール部分と
セパレータープレートの反対面から延在する薄いシート
形とを有してシール部分を形成する薄いシート形セパレ
ータープレートを用いるのが好ましい。薄いシート形シ
ール部分は限定されたフレキシビリティと弾性とを有
し、緻密なシーリングを形成する。
【００２４】図１を説明すると、本発明による燃料セル
スタックの単一セルの角から角への対角線に沿った分解
断面図を示す、このセルスタックはセルスタックの完全
に内部に燃料とオキシダントガスの流れを形成する。こ
の実施態様によると、セルセパレータープレートと共に
セルの縁まで延在する電解質の角部分にマニホルド孔が
形成される。電解質とセパレータープレートとの接触に
よって 電解質の周囲の各面上に通常のウェットシール
が形成されることによって、流体の含有が維持される。
マニホルド孔とアノードコンパートメントまたはカソー
ドコンパートメントとの間の流体連絡を形成する好まし
い開口を通して、好ましいガス流が得られ、通常の電解
質／セパレータープレートウェットシールによってマニ
ホルド孔のシーリングが形成される。
スタックの単一セルの角から角への対角線に沿った分解
断面図を示す、このセルスタックはセルスタックの完全
に内部に燃料とオキシダントガスの流れを形成する。こ
の実施態様によると、セルセパレータープレートと共に
セルの縁まで延在する電解質の角部分にマニホルド孔が
形成される。電解質とセパレータープレートとの接触に
よって 電解質の周囲の各面上に通常のウェットシール
が形成されることによって、流体の含有が維持される。
マニホルド孔とアノードコンパートメントまたはカソー
ドコンパートメントとの間の流体連絡を形成する好まし
い開口を通して、好ましいガス流が得られ、通常の電解
質／セパレータープレートウェットシールによってマニ
ホルド孔のシーリングが形成される。
【００２５】セパレータープレートと電解質タイルとの
適合マニホルド孔は、燃料セルスタックの全高さに対し
て、ガス供給と排出のために連続的であるマニホルド流
路を形成する。本発明によると、燃料セルスタック中の
全セルに延在するマニホルド流路は単一外部開口から供
給されるが、先行技術の外部マニホルド化燃料セルスタ
ックは各個々の燃料セルへの及びからの外部開口を必要
とした。ガスは半セルとして作用する端部プレートを通
って燃料セルスタックに供給され、他の半セルとして作
用する同様な端部プレートから排出される。
適合マニホルド孔は、燃料セルスタックの全高さに対し
て、ガス供給と排出のために連続的であるマニホルド流
路を形成する。本発明によると、燃料セルスタック中の
全セルに延在するマニホルド流路は単一外部開口から供
給されるが、先行技術の外部マニホルド化燃料セルスタ
ックは各個々の燃料セルへの及びからの外部開口を必要
とした。ガスは半セルとして作用する端部プレートを通
って燃料セルスタックに供給され、他の半セルとして作
用する同様な端部プレートから排出される。
【００２６】流体が燃料セルスタック に供給され、取
り出される方法は多様に変化することができ、本発明に
関する重要な点は、ガスシーリングがセパレータープレ
ートの周辺の周囲とガスマニホルド領域との両方におい
て各個々のセルと、燃料セルスタック中に散在するリホ
ーミング室との望ましい位置にガスを供給する要求に応
じて、通常のウェットシール方法で電解質タイルとセパ
レータープレートとの間のシーリングによって形成され
ることである。
り出される方法は多様に変化することができ、本発明に
関する重要な点は、ガスシーリングがセパレータープレ
ートの周辺の周囲とガスマニホルド領域との両方におい
て各個々のセルと、燃料セルスタック中に散在するリホ
ーミング室との望ましい位置にガスを供給する要求に応
じて、通常のウェットシール方法で電解質タイルとセパ
レータープレートとの間のシーリングによって形成され
ることである。
【００２７】図１に示すように、電解質２０とセパレー
タープレート４０はセルの外縁まで延在し、ウェットシ
ール部分２３においてそれらの周辺の周囲を相互にシー
ルされる。図１では、個々の溶融炭酸塩燃料セル単位は
セパレータープレート４０の１面から間隔を置いたアノ
ード２６によって、燃料マニホルド孔２４によって供給
され、矢印３８によって指示されるアノード室を形成す
るように示される。
タープレート４０はセルの外縁まで延在し、ウェットシ
ール部分２３においてそれらの周辺の周囲を相互にシー
ルされる。図１では、個々の溶融炭酸塩燃料セル単位は
セパレータープレート４０の１面から間隔を置いたアノ
ード２６によって、燃料マニホルド孔２４によって供給
され、矢印３８によって指示されるアノード室を形成す
るように示される。
【００２８】セパレータープレート４０の他の面では、
カソード２７がセパレータープレート４０から間隔を置
かれて、オキシダントマニホルド孔２５と連通する、矢
印３９によって指示されるカソード室を形成する 。電
解質２０とセパレータープレート４０はセルの外縁まで
延在し、流体を封じ込めるための電解質とセパレーター
プレートとの間の周辺ウェットシールを形成する周辺ウ
ェットシール部分２３を形成する。燃料マニホルドウェ
ットシール部分４５とオキシダントウェットシール部分
４６は電解質／セパレータープレートウェットシールに
よってマニホルドシーリングを形成し、セパレータープ
レート４０の反対側のアノードまたはカソード室に流体
を好ましく案内する。シーリングのために付加的ガスケ
ットは用いず、セル単位は炭酸塩テープの使用を含め
て、広範囲の炭酸塩追加方法に適応可能である。炭酸塩
テープを用いる場合には、炭酸塩テープと電解質マトリ
ックスはセル縁まで延在し、セル間の間隔は炭酸塩テー
プの厚さに比例して、これらが溶融すると減少するが、
全てのセル要素のシーリングと適合は常に維持される。
炭酸塩テープ溶融前のセル加熱中に、各マニホルド孔２
４と２５の周囲のシーリングは維持される、この理由は
炭酸塩テープと電解質マトリックス（例えば、ＬｉＡｌ
Ｏ2）が各シーリング表面に隣接するまで延在し、弾性
バインダーを含むからである。炭酸塩溶融前に生じる、
バインダー燃焼中に、ガス流は維持され、シーリングが
得られる。バインダーが燃焼し、セル温度が炭酸塩の融
点まで上昇すると、溶融炭酸塩が孔質ＬｉＡｌＯ2テー
プと電極に吸収される。セル間の間隔は炭酸塩テープが
溶融すると減少するが、室温から約６５０℃の操作温度
までの全ての段階において、セルシーリングは維持され
る。シール部分の薄いシート金属の限定されたフレキシ
ビリティと弾性とはセルシーリングの確実な維持を助け
る。
カソード２７がセパレータープレート４０から間隔を置
かれて、オキシダントマニホルド孔２５と連通する、矢
印３９によって指示されるカソード室を形成する 。電
解質２０とセパレータープレート４０はセルの外縁まで
延在し、流体を封じ込めるための電解質とセパレーター
プレートとの間の周辺ウェットシールを形成する周辺ウ
ェットシール部分２３を形成する。燃料マニホルドウェ
ットシール部分４５とオキシダントウェットシール部分
４６は電解質／セパレータープレートウェットシールに
よってマニホルドシーリングを形成し、セパレータープ
レート４０の反対側のアノードまたはカソード室に流体
を好ましく案内する。シーリングのために付加的ガスケ
ットは用いず、セル単位は炭酸塩テープの使用を含め
て、広範囲の炭酸塩追加方法に適応可能である。炭酸塩
テープを用いる場合には、炭酸塩テープと電解質マトリ
ックスはセル縁まで延在し、セル間の間隔は炭酸塩テー
プの厚さに比例して、これらが溶融すると減少するが、
全てのセル要素のシーリングと適合は常に維持される。
炭酸塩テープ溶融前のセル加熱中に、各マニホルド孔２
４と２５の周囲のシーリングは維持される、この理由は
炭酸塩テープと電解質マトリックス（例えば、ＬｉＡｌ
Ｏ2）が各シーリング表面に隣接するまで延在し、弾性
バインダーを含むからである。炭酸塩溶融前に生じる、
バインダー燃焼中に、ガス流は維持され、シーリングが
得られる。バインダーが燃焼し、セル温度が炭酸塩の融
点まで上昇すると、溶融炭酸塩が孔質ＬｉＡｌＯ2テー
プと電極に吸収される。セル間の間隔は炭酸塩テープが
溶融すると減少するが、室温から約６５０℃の操作温度
までの全ての段階において、セルシーリングは維持され
る。シール部分の薄いシート金属の限定されたフレキシ
ビリティと弾性とはセルシーリングの確実な維持を助け
る。
【００２９】図２は、セパレータープレート４０、カソ
ード２７、カソード集電装置２９、電解質２０、アノー
ド２６及びアノード集電装置２９を含む、本発明の１実
施態様による溶融炭酸塩燃料セルスタックの燃料セル単
位の分解斜視図である。セパレータープレート４０と電
解質２０の両方はセルの縁まで延在し、周辺ウェットシ
ール部分４３においてセパレータープレート４０の両面
上のその全周辺の周囲にウェットシールを形成する。ウ
ェットシール部分４３はセパレータープレート４０の一
般面から上方と下方の両方に延在して、セパレータープ
レート４０の両面で電解質２０の周辺と接触することが
できる。セパレータープレート４０と電解質タイル２０
の両方は対応する燃料マニホルド孔２４（供給用１個、
排出用１個）とオキシダントマニホルド孔２５（供給用
１個、排出用１個）が貫通する。図２に示した実施態様
では、セパレータープレート４０と電解質タイル２０の
両方はそれらの角部分においてのみマニホルド孔によっ
て貫通され、マニホルド孔間の最大に可能な間隔を形成
する。図２に示すように、セパレータープレート４０と
電解質タイル２０の各角にマニホルド孔を設けることが
好ましい。図２のマニホルド孔はストレートな薄シート
マニホルドウェットシール部分を容易に形成しやすい、
好ましい三角形であるが、マニホルド孔は円形、長方形
または他の任意の形状を取りうる。図２に示したマニホ
ルド孔は単一開口であるが、この単一開口内に仕切りを
任意に用いて、ガス流をセル反応物室に通して導くこと
ができる。燃料マニホルドウェットシール部分４５とオ
キシダントウェットシール部分４６はセパレータープレ
ート４０の一般面から上方と下方の両方に延在して、セ
パレータープレート４０の両面で電解質２０と接触し
て、隣接電解質２０とウェットシールを形成して、ガス
流路を画定する。アノード２６の表面は周辺ウェットシ
ール４３及びオキシダントマニホルドウェットシール４
６のレベルとほぼ同じであり、これらの部分においてセ
パレータープレート４０と電解質２０との間のウェット
シール接触を形成する。セパレータープレート４０の反
対面では、カソード２７の表面は周辺ウェットシール４
３のレベルとほぼ同じであり、これらの部分においてセ
パレータープレート４０と電解質２０との間に燃料マニ
ホルドウェットシール４５接触を形成する。
ード２７、カソード集電装置２９、電解質２０、アノー
ド２６及びアノード集電装置２９を含む、本発明の１実
施態様による溶融炭酸塩燃料セルスタックの燃料セル単
位の分解斜視図である。セパレータープレート４０と電
解質２０の両方はセルの縁まで延在し、周辺ウェットシ
ール部分４３においてセパレータープレート４０の両面
上のその全周辺の周囲にウェットシールを形成する。ウ
ェットシール部分４３はセパレータープレート４０の一
般面から上方と下方の両方に延在して、セパレータープ
レート４０の両面で電解質２０の周辺と接触することが
できる。セパレータープレート４０と電解質タイル２０
の両方は対応する燃料マニホルド孔２４（供給用１個、
排出用１個）とオキシダントマニホルド孔２５（供給用
１個、排出用１個）が貫通する。図２に示した実施態様
では、セパレータープレート４０と電解質タイル２０の
両方はそれらの角部分においてのみマニホルド孔によっ
て貫通され、マニホルド孔間の最大に可能な間隔を形成
する。図２に示すように、セパレータープレート４０と
電解質タイル２０の各角にマニホルド孔を設けることが
好ましい。図２のマニホルド孔はストレートな薄シート
マニホルドウェットシール部分を容易に形成しやすい、
好ましい三角形であるが、マニホルド孔は円形、長方形
または他の任意の形状を取りうる。図２に示したマニホ
ルド孔は単一開口であるが、この単一開口内に仕切りを
任意に用いて、ガス流をセル反応物室に通して導くこと
ができる。燃料マニホルドウェットシール部分４５とオ
キシダントウェットシール部分４６はセパレータープレ
ート４０の一般面から上方と下方の両方に延在して、セ
パレータープレート４０の両面で電解質２０と接触し
て、隣接電解質２０とウェットシールを形成して、ガス
流路を画定する。アノード２６の表面は周辺ウェットシ
ール４３及びオキシダントマニホルドウェットシール４
６のレベルとほぼ同じであり、これらの部分においてセ
パレータープレート４０と電解質２０との間のウェット
シール接触を形成する。セパレータープレート４０の反
対面では、カソード２７の表面は周辺ウェットシール４
３のレベルとほぼ同じであり、これらの部分においてセ
パレータープレート４０と電解質２０との間に燃料マニ
ホルドウェットシール４５接触を形成する。
【００３０】図２において最も良く分かるように、オキ
シダントマニホルド孔２５はオキシダントマニホルドウ
ェットシール４６によってシールされ、オキシダント供
給口４８とオキシダント排出口４８’によってカソード
室（図示するように、セパレータープレートの上面に隣
接）へ及びからのみのオキシダント流を形成し、アノー
ド室へ及びからのガス流は阻止する、燃料マニホルド孔
２４は燃料マニホルドウェットシール４５によってシー
ルされ、燃料供給口４７と燃料排出口４７’によってア
ノード室（図示するように、セパレータープレートの下
面に隣接）へ及びからのみの燃料流を形成し、カソード
室へ及びからのガス流は阻止する。マニホルドウェット
シールはストレートプレスシート金属構造として示す
が、これらはガス流を妨げる任意の形状または構造を取
りうる。マニホルドウェットシールは燃料マニホルド孔
２４とオキシダントマニホルド孔２５との間に二重ウェ
ットシールを形成する。
シダントマニホルド孔２５はオキシダントマニホルドウ
ェットシール４６によってシールされ、オキシダント供
給口４８とオキシダント排出口４８’によってカソード
室（図示するように、セパレータープレートの上面に隣
接）へ及びからのみのオキシダント流を形成し、アノー
ド室へ及びからのガス流は阻止する、燃料マニホルド孔
２４は燃料マニホルドウェットシール４５によってシー
ルされ、燃料供給口４７と燃料排出口４７’によってア
ノード室（図示するように、セパレータープレートの下
面に隣接）へ及びからのみの燃料流を形成し、カソード
室へ及びからのガス流は阻止する。マニホルドウェット
シールはストレートプレスシート金属構造として示す
が、これらはガス流を妨げる任意の形状または構造を取
りうる。マニホルドウェットシールは燃料マニホルド孔
２４とオキシダントマニホルド孔２５との間に二重ウェ
ットシールを形成する。
【００３１】セパレータープレート４０は望ましい物理
的強度とガス分離を与える、適当な材料から構成され
る。多くのセルスタックでは、カソード面にステンレス
鋼を用い、アノード面には鉄金属の腐食を避けるために
ニッケルまたは銅を用いるバイメタルセパレータープレ
ートを使用することが好ましい。セパレータープレート
は、例えばタイプ３００シリーズステンレス鋼合金のよ
うな、鉄合金から製造することもできる。セパレーター
プレートはガス室非反応性セパレーターを形成し、同時
に内部荷重負担要素として燃料セルに構造強度を与える
という二重機能を果たす。強度と、電極に隣接した良好
なガス循環とを可能にするために、波形断面形状のセパ
レータープレートを用いることが好ましいが、本発明の
原理は、周辺ウェットシール部分を形成し、内部マニホ
ルド孔の周囲にウェットシールを形成し、ガスを燃料セ
ル操作の必要に応じて内部マニホルドへ及びから流動さ
せるように構成された、平たいセパレータープレートに
も適用可能である。燃料セルスタック内部セパレーター
プレートは約０．０１０ｉｎｃｈオーダーの、非常に薄
いシートであることが好ましい。
的強度とガス分離を与える、適当な材料から構成され
る。多くのセルスタックでは、カソード面にステンレス
鋼を用い、アノード面には鉄金属の腐食を避けるために
ニッケルまたは銅を用いるバイメタルセパレータープレ
ートを使用することが好ましい。セパレータープレート
は、例えばタイプ３００シリーズステンレス鋼合金のよ
うな、鉄合金から製造することもできる。セパレーター
プレートはガス室非反応性セパレーターを形成し、同時
に内部荷重負担要素として燃料セルに構造強度を与える
という二重機能を果たす。強度と、電極に隣接した良好
なガス循環とを可能にするために、波形断面形状のセパ
レータープレートを用いることが好ましいが、本発明の
原理は、周辺ウェットシール部分を形成し、内部マニホ
ルド孔の周囲にウェットシールを形成し、ガスを燃料セ
ル操作の必要に応じて内部マニホルドへ及びから流動さ
せるように構成された、平たいセパレータープレートに
も適用可能である。燃料セルスタック内部セパレーター
プレートは約０．０１０ｉｎｃｈオーダーの、非常に薄
いシートであることが好ましい。
【００３２】刊行物「効果的熱移動のための近代的設計
（Ｍｏｄｅｒｎ ＤｅｓｉｇｎｓＦｏｒ Ｅｆｆｅｃｔ
ｉｖｅ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）」、アメリカン
ヒート リクライミング社、１２７０アベニュー オブ
アメリカス、ニューヨーク、ニューヨーク１００２
０、及び「スーパーチェンジャー プレート アンド
フレーム ヒート イクスチェンジャー（Ｓｕｐｅｒｃ
ｈａｎｇｅｒ Ｐｌａｔｅ ａｎｄ Ｆｒａｍｅ Ｈｅ
ａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）」、トランター社、ウィッ
チタ フォールス、テキサス７６３０７によって例示さ
れるように、熱交換テクノロジーには薄い鍛造ステンレ
ス鋼が用いられていた。これらの熱交換器は端部フレー
ム間に一緒にボルト止めされた、一連のガスケット化、
型押しまたはプレス金属プレートを用いて、プレートの
片面では高温媒体通過用チャンネルを形成し、プレート
の他の面では低温媒体通過用チャンネルを形成する。し
かし、燃料セルスタックセパレータープレートはシーリ
ングと、溶融アルカリ金属炭酸塩燃料セル操作条件下で
の腐食及び異なるマニホルド輪郭、シーリング、また２
種類の流体が分離した関係で隣接セパレータープレート
の間を通過しなければならないので、流体連絡手段の非
常に種々な問題を有する。熱交換では、１種類の流体の
みが隣接熱交換プレート間を通過する。しかし、本発明
の燃料セルスタックの電極上の流体流動のテクノロジー
は、ヘリンボーン、洗濯板、ストレート波形、混合波形
のようなプレート熱交換器の設計技術とパターンを有利
に利用することができる。
（Ｍｏｄｅｒｎ ＤｅｓｉｇｎｓＦｏｒ Ｅｆｆｅｃｔ
ｉｖｅ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）」、アメリカン
ヒート リクライミング社、１２７０アベニュー オブ
アメリカス、ニューヨーク、ニューヨーク１００２
０、及び「スーパーチェンジャー プレート アンド
フレーム ヒート イクスチェンジャー（Ｓｕｐｅｒｃ
ｈａｎｇｅｒ Ｐｌａｔｅ ａｎｄ Ｆｒａｍｅ Ｈｅ
ａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）」、トランター社、ウィッ
チタ フォールス、テキサス７６３０７によって例示さ
れるように、熱交換テクノロジーには薄い鍛造ステンレ
ス鋼が用いられていた。これらの熱交換器は端部フレー
ム間に一緒にボルト止めされた、一連のガスケット化、
型押しまたはプレス金属プレートを用いて、プレートの
片面では高温媒体通過用チャンネルを形成し、プレート
の他の面では低温媒体通過用チャンネルを形成する。し
かし、燃料セルスタックセパレータープレートはシーリ
ングと、溶融アルカリ金属炭酸塩燃料セル操作条件下で
の腐食及び異なるマニホルド輪郭、シーリング、また２
種類の流体が分離した関係で隣接セパレータープレート
の間を通過しなければならないので、流体連絡手段の非
常に種々な問題を有する。熱交換では、１種類の流体の
みが隣接熱交換プレート間を通過する。しかし、本発明
の燃料セルスタックの電極上の流体流動のテクノロジー
は、ヘリンボーン、洗濯板、ストレート波形、混合波形
のようなプレート熱交換器の設計技術とパターンを有利
に利用することができる。
【００３３】図３は本発明の１実施態様による周辺ウェ
ットシール部分をより詳細に示す、この場合には薄シー
トセパレータープレート４０が波形であり、穿孔２９を
有する、カソード２７支持プレート２８に隣接する波形
の１面にピークを有し、セルのカソード面上に電解質２
０に隣接して存在する、平たい薄シートセパレータープ
レート４４を有するように形成される。薄い金属ストリ
ップ材料から形成されるセパレータープレートウェット
シールストリップ４１はセパレータープレートのアノー
ド面に、溶接部４２によって溶接されまたは他の方法で
取り付けられて、セルのアノード側で電解質２０に隣接
して存在する、平たいセパレータープレートウェットシ
ールストリップ ウェットシール部分４３を形成する。
セパレータープレートとウェットシールとの位置が逆に
なりうること、及びセパレーターウェットシールストリ
ップ ウェットシール部分４３とセパレーターウェット
シール部分４４との間隔が個々のセルの間隔要件を満た
すように形成されうることは、容易に明らかである。
ットシール部分をより詳細に示す、この場合には薄シー
トセパレータープレート４０が波形であり、穿孔２９を
有する、カソード２７支持プレート２８に隣接する波形
の１面にピークを有し、セルのカソード面上に電解質２
０に隣接して存在する、平たい薄シートセパレータープ
レート４４を有するように形成される。薄い金属ストリ
ップ材料から形成されるセパレータープレートウェット
シールストリップ４１はセパレータープレートのアノー
ド面に、溶接部４２によって溶接されまたは他の方法で
取り付けられて、セルのアノード側で電解質２０に隣接
して存在する、平たいセパレータープレートウェットシ
ールストリップ ウェットシール部分４３を形成する。
セパレータープレートとウェットシールとの位置が逆に
なりうること、及びセパレーターウェットシールストリ
ップ ウェットシール部分４３とセパレーターウェット
シール部分４４との間隔が個々のセルの間隔要件を満た
すように形成されうることは、容易に明らかである。
【００３４】図４は燃料マニホルド２４とアノード室と
の間の流路の断面図であり、この場合にはセパレーター
プレート４０の下面と電解質２０との間のセパレーター
プレート燃料マニホルドウェットシール部分４５がカソ
ード室への燃料流を阻止し、アノード２６とセパレータ
ープレート４０の上面との間のアノード室へ燃料流を供
給する。同様に、図５はオキシダントマニホルド２５と
カソード室との間の流路の断面図であり、この場合には
セパレータープレート４０の上面と電解質２０との間の
セパレータープレートオキシダントマニホルドウェット
シール部分４４がアノード室へのオキシダント流を阻止
し、カソード２７とセパレータープレート４０の下面と
の間のカソード室へオキシダント流を供給する。燃料と
オキシダントの通路（ｐａｓｓａｇｅ）はセパレーター
プレート４０の波形によって、セパレータープレート４
０に固定されたストリップの孔によって、または任意
の、ガス分配に適した他の手段によって形成される。
の間の流路の断面図であり、この場合にはセパレーター
プレート４０の下面と電解質２０との間のセパレーター
プレート燃料マニホルドウェットシール部分４５がカソ
ード室への燃料流を阻止し、アノード２６とセパレータ
ープレート４０の上面との間のアノード室へ燃料流を供
給する。同様に、図５はオキシダントマニホルド２５と
カソード室との間の流路の断面図であり、この場合には
セパレータープレート４０の上面と電解質２０との間の
セパレータープレートオキシダントマニホルドウェット
シール部分４４がアノード室へのオキシダント流を阻止
し、カソード２７とセパレータープレート４０の下面と
の間のカソード室へオキシダント流を供給する。燃料と
オキシダントの通路（ｐａｓｓａｇｅ）はセパレーター
プレート４０の波形によって、セパレータープレート４
０に固定されたストリップの孔によって、または任意
の、ガス分配に適した他の手段によって形成される。
【００３５】本発明によるセパレータープレートの他の
実施態様を図６〜１０に示す。この実施態様では、燃料
供給マニホルドとオキシダント供給マニホルドが薄シー
トセパレータープレートの中央部分を通って交互に配置
され、分割ガス流と表面積の大きい、薄いセパレーター
プレートの大きい機械的安定性とをもたらす。薄い金属
セパレータープレートは上記と同様に構成され、活性部
分のプレス波形が電極を支持し、適当なアノード及びカ
ソードガス室容量を形成し、薄いセパレータープレート
面から外方に延在するプレス部分（ｐｒｅｓｓｅｄ ａ
ｒｅａ）がプレートの１面に薄プレートウェットシール
部分を形成し、付着した、外方に延在する薄い成形シー
ト金属ストリップがセパレータープレートの他の面にウ
ェットシール部分を形成する。図６はセパレータープレ
ートの上部または正面を示し、図７は同じセパレーター
プレートの逆の面を示す。セパレータープレート１４０
の電気化学的に活性部分は、図９に最も良く示すよう
に、波形であり、プレス周辺ウェットシール部分１２３
は波形を越えて延在し、１セルの電解質と周辺ウェット
シール部分１２３において接触し、セパレータープレー
ト１４０の反対面の周辺に取り付けられたプレス薄金属
ウェットシールストリップ１４１は波形を越えて延在
し、隣接セルの電解質と周辺ウェットシール部分１２３
において接触する。オキシダントマニホルド孔１２５は
対立端部を通って燃料マニホルド孔１２４と交互に配置
され、オキシダントマニホルド孔１２５Ａはセパレータ
ープレート１４０の中央部分に燃料マニホルド孔１２４
Ａと交互に配置される。これらの図に示すように、オキ
シダントマニホルド孔系列と燃料マニホルド孔系列はセ
パレータープレート１４０の対立端部に燃料とオキシダ
ントとを供給し、セパレータープレート１４０の中央部
分において燃料とオキシダントとを排出させる。図８に
最も良く示すように、マニホルド孔１２５を通って供給
されるオキシダントは、図６の矢印によって示すよう
に、オキシダント供給口１４８を通ってセパレータープ
レート１４０の活性表面に達する。オキシダントはカソ
ードガスコンパートメントを形成する波形セパレーター
プレート１４０のチャンネルを通って、図６の矢印によ
って示すように 、オキシダント出口１５８に達し、オ
キシダントマニホルド孔１２５Ａに供給する。同様に、
燃料は燃料マニホルド孔１２４から燃料供給口１４７に
供給され、アノードガスコンパートメントを形成する波
形セパレータープレート１４０のチャンネルを通って、
図６の矢印によって示すように 、燃料出口１５７に達
し、燃料マニホルド孔１２４Ａに供給する。
実施態様を図６〜１０に示す。この実施態様では、燃料
供給マニホルドとオキシダント供給マニホルドが薄シー
トセパレータープレートの中央部分を通って交互に配置
され、分割ガス流と表面積の大きい、薄いセパレーター
プレートの大きい機械的安定性とをもたらす。薄い金属
セパレータープレートは上記と同様に構成され、活性部
分のプレス波形が電極を支持し、適当なアノード及びカ
ソードガス室容量を形成し、薄いセパレータープレート
面から外方に延在するプレス部分（ｐｒｅｓｓｅｄ ａ
ｒｅａ）がプレートの１面に薄プレートウェットシール
部分を形成し、付着した、外方に延在する薄い成形シー
ト金属ストリップがセパレータープレートの他の面にウ
ェットシール部分を形成する。図６はセパレータープレ
ートの上部または正面を示し、図７は同じセパレーター
プレートの逆の面を示す。セパレータープレート１４０
の電気化学的に活性部分は、図９に最も良く示すよう
に、波形であり、プレス周辺ウェットシール部分１２３
は波形を越えて延在し、１セルの電解質と周辺ウェット
シール部分１２３において接触し、セパレータープレー
ト１４０の反対面の周辺に取り付けられたプレス薄金属
ウェットシールストリップ１４１は波形を越えて延在
し、隣接セルの電解質と周辺ウェットシール部分１２３
において接触する。オキシダントマニホルド孔１２５は
対立端部を通って燃料マニホルド孔１２４と交互に配置
され、オキシダントマニホルド孔１２５Ａはセパレータ
ープレート１４０の中央部分に燃料マニホルド孔１２４
Ａと交互に配置される。これらの図に示すように、オキ
シダントマニホルド孔系列と燃料マニホルド孔系列はセ
パレータープレート１４０の対立端部に燃料とオキシダ
ントとを供給し、セパレータープレート１４０の中央部
分において燃料とオキシダントとを排出させる。図８に
最も良く示すように、マニホルド孔１２５を通って供給
されるオキシダントは、図６の矢印によって示すよう
に、オキシダント供給口１４８を通ってセパレータープ
レート１４０の活性表面に達する。オキシダントはカソ
ードガスコンパートメントを形成する波形セパレーター
プレート１４０のチャンネルを通って、図６の矢印によ
って示すように 、オキシダント出口１５８に達し、オ
キシダントマニホルド孔１２５Ａに供給する。同様に、
燃料は燃料マニホルド孔１２４から燃料供給口１４７に
供給され、アノードガスコンパートメントを形成する波
形セパレータープレート１４０のチャンネルを通って、
図６の矢印によって示すように 、燃料出口１５７に達
し、燃料マニホルド孔１２４Ａに供給する。
【００３６】セパレータープレートの対立面上の燃料と
オキシダントガスの共通線状流（ｃｏ−ｌｉｎｅａｒ
ｆｌｏｗ）は図６と７に、セパレータープレートの対立
端部の供給マニホルドとセパレータープレートの中央部
分の排出マニホルドと共に示す。同じセパレータープレ
ートを用いて、プレートの対立面での逆の燃料とオキシ
ダントガスの共通線状流が中央の燃料とオキシダント供
給マニホルドと端部の燃料とオキシダント排出マニホル
ドを用いて得られる。同じセパレータープレートを用い
て、セパレータープレートの対立面上の燃料とオキシダ
ントガスの向流が、燃料またはオキシダントの一方を中
央の燃料またはオキシダント供給マニホルドに通して供
給し、両端部の対応排出マニホルドからガスを取り出
し、他方のガスは端部マニホルドから導入し、中央マニ
ホルドから取り出すことによって実現する。このよう
に、同じセパレータープレートの使用によって、セル外
のマニホルドへの供給を変えるのみで、種々な好ましい
ガス流パターンが得られることが判明する。
オキシダントガスの共通線状流（ｃｏ−ｌｉｎｅａｒ
ｆｌｏｗ）は図６と７に、セパレータープレートの対立
端部の供給マニホルドとセパレータープレートの中央部
分の排出マニホルドと共に示す。同じセパレータープレ
ートを用いて、プレートの対立面での逆の燃料とオキシ
ダントガスの共通線状流が中央の燃料とオキシダント供
給マニホルドと端部の燃料とオキシダント排出マニホル
ドを用いて得られる。同じセパレータープレートを用い
て、セパレータープレートの対立面上の燃料とオキシダ
ントガスの向流が、燃料またはオキシダントの一方を中
央の燃料またはオキシダント供給マニホルドに通して供
給し、両端部の対応排出マニホルドからガスを取り出
し、他方のガスは端部マニホルドから導入し、中央マニ
ホルドから取り出すことによって実現する。このよう
に、同じセパレータープレートの使用によって、セル外
のマニホルドへの供給を変えるのみで、種々な好ましい
ガス流パターンが得られることが判明する。
【００３７】セパレータープレートの全てのウェットシ
ール部分に薄い金属シート材料を用いることによって、
燃料セルスタック組み立て時のウェットシール部分のフ
レキシビリティと弾性とが制限されるために、隣接燃料
とオキシダントマニホルドを分離する少なくとも１／４
ｉｎｃｈ幅のウェットシールを横切る、ガス漏出の最少
化と阻止が達成されることが判明した。本発明による薄
いシート金属セパレータープレートは、良好な機械的強
度を有し、製造が容易である。図６〜１０に示したセパ
レータープレートの分割流設計はプレート中央部分でマ
ニホルド孔を囲むウェットシール部分のサポートによっ
てセパレータープレート全体の剛性を高める。この設計
は、一部のみである、この場合には、燃料セルの活性発
電部分のみである電極の製造をも可能にし、電極の取り
扱いを容易にし、テープキャスチングと焼結のような連
続処理の小型装置による実施を可能にする。本発明の重
要な特徴は１面では１セルの電解質と直接接触し、反対
面では隣接セルの電解質と直接接触するセパレータープ
レートの平たい薄金属直立ウェットシール部分であり、
燃料とオキシダント流路は燃料セルスタックのセパレー
タープレートと電解質のみを通過する。図１１は図２に
示した単位セルを含む燃料セルスタックの１実施態様を
示す、燃料セルスタックの軸に沿って適当にリホーミン
グ室が散在する。リホーミング室はアノードセパレータ
／リホーマープレート４０”と カソードセパレータ／
リホーマープレート４０’との間に配置される。セパレ
ータープレート４０、カソード２７、カソード集電装置
２８、電解質２０、アノード２６及びアノード集電装置
２９は、図２に関して既述したものと同じであるが、こ
の場合には反応ガスマニホルド孔５０、５２を備える。
反応ガスマニホルドウェットシール部分５１はセパレー
タープレート４０の一般面から両面に延在して、接点
（ｃｏｎｔａｃｔ）を形成し、隣接電解質２０とウェッ
トシールを形成し、オキシダントと燃料マニホルドに関
して上述したように、反応ガスマニホルドを画定する。
反応ガスマニホルド孔５０は同じ直径であるが、反応ガ
スマニホルド孔５２は大きい直径を有し、電極と集電装
置が延在反応ガスマニホルドウェットシール部分５１上
に適合するのを可能にし、反応ガスマニホルドウェット
シール部分５１の平たい面を電解質２０に接触させて、
ウェットシールを形成する。
ール部分に薄い金属シート材料を用いることによって、
燃料セルスタック組み立て時のウェットシール部分のフ
レキシビリティと弾性とが制限されるために、隣接燃料
とオキシダントマニホルドを分離する少なくとも１／４
ｉｎｃｈ幅のウェットシールを横切る、ガス漏出の最少
化と阻止が達成されることが判明した。本発明による薄
いシート金属セパレータープレートは、良好な機械的強
度を有し、製造が容易である。図６〜１０に示したセパ
レータープレートの分割流設計はプレート中央部分でマ
ニホルド孔を囲むウェットシール部分のサポートによっ
てセパレータープレート全体の剛性を高める。この設計
は、一部のみである、この場合には、燃料セルの活性発
電部分のみである電極の製造をも可能にし、電極の取り
扱いを容易にし、テープキャスチングと焼結のような連
続処理の小型装置による実施を可能にする。本発明の重
要な特徴は１面では１セルの電解質と直接接触し、反対
面では隣接セルの電解質と直接接触するセパレータープ
レートの平たい薄金属直立ウェットシール部分であり、
燃料とオキシダント流路は燃料セルスタックのセパレー
タープレートと電解質のみを通過する。図１１は図２に
示した単位セルを含む燃料セルスタックの１実施態様を
示す、燃料セルスタックの軸に沿って適当にリホーミン
グ室が散在する。リホーミング室はアノードセパレータ
／リホーマープレート４０”と カソードセパレータ／
リホーマープレート４０’との間に配置される。セパレ
ータープレート４０、カソード２７、カソード集電装置
２８、電解質２０、アノード２６及びアノード集電装置
２９は、図２に関して既述したものと同じであるが、こ
の場合には反応ガスマニホルド孔５０、５２を備える。
反応ガスマニホルドウェットシール部分５１はセパレー
タープレート４０の一般面から両面に延在して、接点
（ｃｏｎｔａｃｔ）を形成し、隣接電解質２０とウェッ
トシールを形成し、オキシダントと燃料マニホルドに関
して上述したように、反応ガスマニホルドを画定する。
反応ガスマニホルド孔５０は同じ直径であるが、反応ガ
スマニホルド孔５２は大きい直径を有し、電極と集電装
置が延在反応ガスマニホルドウェットシール部分５１上
に適合するのを可能にし、反応ガスマニホルドウェット
シール部分５１の平たい面を電解質２０に接触させて、
ウェットシールを形成する。
【００３８】延在反応ガスマニホルドウェットシール部
分の側壁はセパレータープレート内の固体であり、反応
ガスのアノード室またはカソード室へ侵入させない。ア
ノードセパレータ／リホーマープレート４０”は、セパ
レータープレート４０に存在するオキシダント供給口４
８とオキシダント排出口４８’が存在せず、従ってオキ
シダントマニホルドとアノードセパレータ／リホーマー
プレート４０”の上面に隣接するリホーマー室との間の
連絡がない点で、セパレータープレート４０とは異な
る。延在反応ガスマニホルドウェットシール部分５１の
側壁内の反応ガス口５３は反応ガスマニホルド５０とリ
ホーマー室との連絡のために備えられる。同様にして、
カソードセパレータ／リホーマープレート４０’の下側
は延在使用済み燃料マニホルドウェットシール部分４５
が固体側壁を有することによって、燃料排出口４７’を
形成せず、リホーマー室と使用済み燃料マニホルド２４
との間の連絡を遮断するように変えられる。反応ガス供
給口５３は反応ガスマニホルド５０と、アノードセパレ
ータ／リホーマープレート４０”と カソードセパレー
タ／リホーマープレート４０’との間に形成されるリホ
ーマー室との連絡のために備えられる。標準セパレータ
ープレート４０にこれらの変更を加えることによって、
完全内部マニホルド化反応ガスとスチーム供給によるリ
ホーミング反応室が燃料セルスタックに好ましい間隔で
散在される。
分の側壁はセパレータープレート内の固体であり、反応
ガスのアノード室またはカソード室へ侵入させない。ア
ノードセパレータ／リホーマープレート４０”は、セパ
レータープレート４０に存在するオキシダント供給口４
８とオキシダント排出口４８’が存在せず、従ってオキ
シダントマニホルドとアノードセパレータ／リホーマー
プレート４０”の上面に隣接するリホーマー室との間の
連絡がない点で、セパレータープレート４０とは異な
る。延在反応ガスマニホルドウェットシール部分５１の
側壁内の反応ガス口５３は反応ガスマニホルド５０とリ
ホーマー室との連絡のために備えられる。同様にして、
カソードセパレータ／リホーマープレート４０’の下側
は延在使用済み燃料マニホルドウェットシール部分４５
が固体側壁を有することによって、燃料排出口４７’を
形成せず、リホーマー室と使用済み燃料マニホルド２４
との間の連絡を遮断するように変えられる。反応ガス供
給口５３は反応ガスマニホルド５０と、アノードセパレ
ータ／リホーマープレート４０”と カソードセパレー
タ／リホーマープレート４０’との間に形成されるリホ
ーマー室との連絡のために備えられる。標準セパレータ
ープレート４０にこれらの変更を加えることによって、
完全内部マニホルド化反応ガスとスチーム供給によるリ
ホーミング反応室が燃料セルスタックに好ましい間隔で
散在される。
【００３９】燃料セルスタックを組み立てる場合に、ア
ノードセパレータ／リホーマープレート４０”の周辺ウ
ェットシール部分と全てのマニホルドウェットシール部
分はカソードセパレータ／リホーマープレート４０’か
ら延在する対応ウェットシール部分と接触して、緻密な
金属／金属シールを形成し、これはウェットシール部分
のフレキシビリティと弾性とが制限されるために 、プ
レート４０”と４０’の間の容積によって形成されるリ
ホーマー室からのマニホルドを有効にシールする。任意
に、リホーマー室を形成する延在ウェットシール部分を
セパレータープレート４０よりもさらに延在させて、セ
パレーター／リホーマープレート間の間隙を大きくし、
リホーマー室容積を高めることができる。リホーマー室
容積を高める他の方法は、側壁延長部をセパレーター／
リホーマープレートに溶接して、リホーマー室に好まし
い深さを与え、リホーマー室にクロージャーを与え、リ
ホーマー室を通る好ましいマニホルドの通路をシールす
ることによって、側壁延長部をマニホルドウェットシー
ル部分及び周辺ウェットシール部分の各々まで延在させ
ることである。リホーマー室にこのような追加の深さを
与える場合には、金属導電性ピラー（ｐｉｌｌａｒ）を
セパレーター／リホーマープレート間の任意の間隔を置
いた位置に配置して、リホーマー室構造に剛性を与え、
連続発電（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｉｎｕｉｔ
ｙ）することができる。
ノードセパレータ／リホーマープレート４０”の周辺ウ
ェットシール部分と全てのマニホルドウェットシール部
分はカソードセパレータ／リホーマープレート４０’か
ら延在する対応ウェットシール部分と接触して、緻密な
金属／金属シールを形成し、これはウェットシール部分
のフレキシビリティと弾性とが制限されるために 、プ
レート４０”と４０’の間の容積によって形成されるリ
ホーマー室からのマニホルドを有効にシールする。任意
に、リホーマー室を形成する延在ウェットシール部分を
セパレータープレート４０よりもさらに延在させて、セ
パレーター／リホーマープレート間の間隙を大きくし、
リホーマー室容積を高めることができる。リホーマー室
容積を高める他の方法は、側壁延長部をセパレーター／
リホーマープレートに溶接して、リホーマー室に好まし
い深さを与え、リホーマー室にクロージャーを与え、リ
ホーマー室を通る好ましいマニホルドの通路をシールす
ることによって、側壁延長部をマニホルドウェットシー
ル部分及び周辺ウェットシール部分の各々まで延在させ
ることである。リホーマー室にこのような追加の深さを
与える場合には、金属導電性ピラー（ｐｉｌｌａｒ）を
セパレーター／リホーマープレート間の任意の間隔を置
いた位置に配置して、リホーマー室構造に剛性を与え、
連続発電（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｉｎｕｉｔ
ｙ）することができる。
【００４０】その軸に沿って複数のリホーミング室が散
在する燃料セルスタックの本質的要素は各リホーミング
室が２個のセパレーター／リホーマープレートによって
形成され、その１つがアノード室に面するセパレーター
プレート面の外側輪郭を有し、第２がセパレータープレ
ートの他の面の外側輪郭を有すること；カソード室；縁
部で密封結合してリホーマー室を形成する２個のセパレ
ーター／リホーマープレート；延在マニホルドウェット
シール構造を通り、反応ガス供給マニホルドからリホー
マー室への反応ガスとスチーム連絡を可能にする流路及
び延在マニホルドウェットシール構造を通り、燃料ガス
供給マニホルド への水素富化生成物ガス連絡を可能に
する流路であり、これによって燃料セルスタック中の各
リホーマー室への反応ガスとスチーム並びに各リホーマ
ー室からの生成物ガスの完全な内部マニホルディングが
形成される。
在する燃料セルスタックの本質的要素は各リホーミング
室が２個のセパレーター／リホーマープレートによって
形成され、その１つがアノード室に面するセパレーター
プレート面の外側輪郭を有し、第２がセパレータープレ
ートの他の面の外側輪郭を有すること；カソード室；縁
部で密封結合してリホーマー室を形成する２個のセパレ
ーター／リホーマープレート；延在マニホルドウェット
シール構造を通り、反応ガス供給マニホルドからリホー
マー室への反応ガスとスチーム連絡を可能にする流路及
び延在マニホルドウェットシール構造を通り、燃料ガス
供給マニホルド への水素富化生成物ガス連絡を可能に
する流路であり、これによって燃料セルスタック中の各
リホーマー室への反応ガスとスチーム並びに各リホーマ
ー室からの生成物ガスの完全な内部マニホルディングが
形成される。
【００４１】例えば、担体付きニッケルのような通常の
リホーミング触媒をリホーマー室に用いて、例えば天然
ガス、または天然に生成する有機炭素含有物質（石炭、
シェール等）のガス化によってまたは消化によって得ら
れる燃料のような、炭化水素材料から水素の形成のため
の周知のスチームリホーミング反応を実施する。メタン
含有ガスのソースを用いて、炭化水素反応ガスをリホー
ミング室に供給することができる。
リホーミング触媒をリホーマー室に用いて、例えば天然
ガス、または天然に生成する有機炭素含有物質（石炭、
シェール等）のガス化によってまたは消化によって得ら
れる燃料のような、炭化水素材料から水素の形成のため
の周知のスチームリホーミング反応を実施する。メタン
含有ガスのソースを用いて、炭化水素反応ガスをリホー
ミング室に供給することができる。
【００４２】矢印によって示すように、炭化水素反応ガ
スとスチームを反応ガスマニホルド５０からリホーマー
室へ供給し、リホーマー室のリホーミング触媒上に通
し、生成物ガスの水素含量を高めてから、生成物ガスを
燃料供給マニホルド２４へ直接供給する。このようにし
て、燃料供給マニホルドを通る燃料の水素含量はセルの
軸に沿って高められる。
スとスチームを反応ガスマニホルド５０からリホーマー
室へ供給し、リホーマー室のリホーミング触媒上に通
し、生成物ガスの水素含量を高めてから、生成物ガスを
燃料供給マニホルド２４へ直接供給する。このようにし
て、燃料供給マニホルドを通る燃料の水素含量はセルの
軸に沿って高められる。
【００４３】本発明によるような、燃料セルスタックの
完全内部マニホルディングの可能性は燃料セルスタック
内のリホーミング室分散を可能にし、リホーミング室は
電気化学的に発生する熱を用いて、リホーミング反応を
駆動し、セルスタックの軸に沿った燃料供給マニホルド
へ水素富化燃料を供給する。燃料セル電解質からのリホ
ーミング触媒の単離は通常のリホーミング触媒の溶融炭
酸塩電解質による害を避ける。燃料セルスタック内での
炭化水素物質のリホーミングによる完全内部マニホルデ
ィング燃料セルスタックは総合燃料発電セル効率を改良
する。本発明によると、電気化学単位セル５〜１０個毎
に上記のような、リホーミング室を配置することによっ
て、天然ガスを反応物として用いて電気化学反応のため
の水素富化燃料を供給することができる。
完全内部マニホルディングの可能性は燃料セルスタック
内のリホーミング室分散を可能にし、リホーミング室は
電気化学的に発生する熱を用いて、リホーミング反応を
駆動し、セルスタックの軸に沿った燃料供給マニホルド
へ水素富化燃料を供給する。燃料セル電解質からのリホ
ーミング触媒の単離は通常のリホーミング触媒の溶融炭
酸塩電解質による害を避ける。燃料セルスタック内での
炭化水素物質のリホーミングによる完全内部マニホルデ
ィング燃料セルスタックは総合燃料発電セル効率を改良
する。本発明によると、電気化学単位セル５〜１０個毎
に上記のような、リホーミング室を配置することによっ
て、天然ガスを反応物として用いて電気化学反応のため
の水素富化燃料を供給することができる。
【００４４】図２に示したセパレータープレート形状に
関してリホーミング室 の使用を上述したが、このよう
なリホーミング室形状が例えば図６〜１０に示すよう
な、広範囲のセパレータープレート形状にも、リホーミ
ング室への連絡に内部マニホルドの若干を指定すること
によって、上記と同様に適用されることは明らかであ
る。本発明による内部リホーミング室形成の本質的要素
は、燃料供給と取り出し、オキシダント供給と取り出
し、及び任意に配置され、端部プレートを介してのみ外
部供給と排出流路に結合した内部マニホルドによる反応
ガス供給を可能にする完全内部マニホルド化燃料セルス
タックである。
関してリホーミング室 の使用を上述したが、このよう
なリホーミング室形状が例えば図６〜１０に示すよう
な、広範囲のセパレータープレート形状にも、リホーミ
ング室への連絡に内部マニホルドの若干を指定すること
によって、上記と同様に適用されることは明らかであ
る。本発明による内部リホーミング室形成の本質的要素
は、燃料供給と取り出し、オキシダント供給と取り出
し、及び任意に配置され、端部プレートを介してのみ外
部供給と排出流路に結合した内部マニホルドによる反応
ガス供給を可能にする完全内部マニホルド化燃料セルス
タックである。
【００４５】セパレータープレート／電解質ウェットシ
ールの使用によって、燃料マニホルドとセパレータープ
レートのアノード面のみの連絡とオキシダントマニホル
ドとセパレータープレートの反対カソード面のみとの連
絡が、外部マニホルドを用いた場合に不可避である孔質
ガスケットなしに達成される。さらに、リホーミング室
が燃料セルスタックの軸に沿って、上記のように散在
する。さらに、各ガスマニホルドシール部分は腐食その
他の好ましくないプロセスを減ずるために、アルミ化す
ることができる。
ールの使用によって、燃料マニホルドとセパレータープ
レートのアノード面のみの連絡とオキシダントマニホル
ドとセパレータープレートの反対カソード面のみとの連
絡が、外部マニホルドを用いた場合に不可避である孔質
ガスケットなしに達成される。さらに、リホーミング室
が燃料セルスタックの軸に沿って、上記のように散在
する。さらに、各ガスマニホルドシール部分は腐食その
他の好ましくないプロセスを減ずるために、アルミ化す
ることができる。
【００４６】本発明の完全内部マニホルディングを用い
た場合に、炭酸塩テープの溶融によるセル間距離の変化
が工場組み立て部位で 生じ、このような溶融が生じた
ならば、セル間距離の変化はもはや生じない。工場から
搬出されるセルスタックの高さは使用部位での圧力容器
内での操作中の高さと同じである。リホーミング室の高
さは始動中または燃料セル操作中に変化しない。燃料セ
ルスタック操作中に必要な唯一つのフォーロアップは、
活性部分とシール部分でのセル保持力の維持に要するも
のである。
た場合に、炭酸塩テープの溶融によるセル間距離の変化
が工場組み立て部位で 生じ、このような溶融が生じた
ならば、セル間距離の変化はもはや生じない。工場から
搬出されるセルスタックの高さは使用部位での圧力容器
内での操作中の高さと同じである。リホーミング室の高
さは始動中または燃料セル操作中に変化しない。燃料セ
ルスタック操作中に必要な唯一つのフォーロアップは、
活性部分とシール部分でのセル保持力の維持に要するも
のである。
【００４７】上記説明では、本発明をある好ましい実施
態様に関して述べ、多くの細部を説明のためのみ記載し
たが、本発明のさらに他の実施態様も可能であることは
当業者に明らかであろう。
態様に関して述べ、多くの細部を説明のためのみ記載し
たが、本発明のさらに他の実施態様も可能であることは
当業者に明らかであろう。
【図１】図１は本発明の原理を説明する、単一セルの対
角線（ｄｉａｇｏｎａｌ）に沿った分解側断面図であ
り；
角線（ｄｉａｇｏｎａｌ）に沿った分解側断面図であ
り；
【図２】図２は本発明の１実施態様による燃料セルスタ
ックの単一セル単位の分解斜視図であり；
ックの単一セル単位の分解斜視図であり；
【図３】図３は本発明の１実施態様による燃料セルの断
面側面図であり；
面側面図であり；
【図４】図４は燃料マニホルド管路からアノードコオン
パートメントへの開口を示す、単一セル単位の断面側面
図であり；
パートメントへの開口を示す、単一セル単位の断面側面
図であり；
【図５】図５はオキシダントマニホルド管路からカソー
ドコンパートメントへの開口を示す、図４に示したセル
単位の断面側面図であり；
ドコンパートメントへの開口を示す、図４に示したセル
単位の断面側面図であり；
【図６】図６は本発明による完全マニホルド化燃料セル
スタックのためのマニホルドプレートの他の実施態様の
正面図であり；
スタックのためのマニホルドプレートの他の実施態様の
正面図であり；
【図７】図７は図６に示したマニホルドプレートの反対
面図であり；
面図であり；
【図８】図８は図６に示した８ー８に沿った拡大断面図
であり；
であり；
【図９】図９は図６に示した９ー９に沿った拡大断面図
であり；
であり；
【図１０】図１０は図６に示した１０ー１０に沿った拡
大断面図であり；
大断面図であり；
【図１１】図１１は本発明の１実施態様による内部リホ
ーミング室を有する燃料セルスタックの一部の分解斜視
図である。
ーミング室を有する燃料セルスタックの一部の分解斜視
図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年５月８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１１】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レオナード・ジー・マリアノウスキ アメリカ合衆国イリノイ州60056，マウン ト・プロスペクト，サウス・エルムハース ト・ロード 507 (72)発明者 ランディー・ジェイ・ペトリ アメリカ合衆国インディアナ州46322，ハ イランド，イーダー・ストリート 3223 (72)発明者 マーク・ジー・ロウソン アメリカ合衆国イリノイ州60402，バーウ ェイン，ケニルワース・アベニュー 3644
Claims (20)
- 【請求項１】 各燃料セル単位がアノードとカソード；
前記アノードの１面に接触する電解質と前記カソードの
アノードに対向する面に接触する電解質；及び前記セル
単位を前記のアノードとカソードとの間で分離するセパ
レータープレートにして、その１面と前記アノードとの
間には、燃料ガス供給口と排出口とに気体連通している
アノード室を、その反対面と前記カソードとの間には、
オキシダントガス供給口と排出口とに気体連通している
カソード室をそれぞれ形成する該セパレータープレー
ト；を含んでなる複数の燃料セル単位からなるほぼ直方
体の燃料セルスタックであって、 前記電解質と前記セパレータープレートとは前記燃料セ
ルスタックの端まで延在し；前記セパレータープレート
は、それらセパレータープレートの各面上の前記電解質
と接触するようにそれらセパレータープレートの周辺を
完全に囲って延在してセル操作条件下でセパレータープ
レート／電解質ウエットシールを形成する平たい周辺ウ
ェットシール構造を有し；前記電解質と前記セパレータ
ープレートはそれぞれ複数の整列された穿孔を有し；前
記セパレータープレート中の穿孔は、それらセパレータ
ープレートの各面上の前記電解質と接触、延在してセル
操作条件下でセパレータープレート／電解質ウェットシ
ールを形成する平たいマニホルドウェットシール構造に
よって囲まれ、それによって前記セルスタックを通って
延在する複数のガスマニホルドを形成し；前記延在マニ
ホルドウェットシール構造を通り、前記マニホルドの１
セットと前記セパレータープレートの１面上の前記アノ
ード室との間で燃料ガスの連通を可能とする複数の管
路、及び前記延在マニホルドウェットシール構造を通
り、前記マニホルドの第２セットと前記セパレータープ
レートの他の面上の前記カソード室との間でオキシダン
トガスの連通を可能とする複数の管路を備え、それらに
よって前記燃料セルスタックの中で燃料ガスとオキシダ
ントガスとを各単位燃料セルへ及び各単位燃料セルから
完全に内部マニホルディングし；前記燃料セルスタック
にはその軸に沿って複数のリホーミング室が散在されて
おり；前記リホーミング室は各々、一つは前記アノード
室の一つに面する前記セパレータープレートの前記１面
の形状を、第２は前記カソード室の一つに面する前記セ
パレータープレートの前記他の面の形状をそれぞれ有す
る２個のセパレーター／リホーマープレートによって形
成されており；前記の２個のセパレーター／リホーマー
プレートはそれらの縁部で密封接合されて１つのリホー
マー室を取り囲み；そして前記延在マニホルドウェット
シール構造を通り、反応ガスとスチームの前記マニホル
ドの第３セットから前記リホーマー室までの連通を可能
とする複数の管路、及び前記延在マニホルドウェットシ
ール構造を通り、富化水素生成物ガスの燃料ガス供給マ
ニホルドへの連通を可能とする複数の路管を備え、それ
らによって前記燃料セルスタック中で反応ガスとスチー
ムを前記各リホーマー単位へ及び生成物ガスを前記各リ
ホーマー単位から完全に内部マニホルディングする；こ
とを特徴とする前記燃料セルスタック。 - 【請求項２】 端部プレートがそれらの内面上に前記セ
パレータープレートと同じ輪郭を有し、前記燃料セルス
タックの各端部上に半セルを形成している請求項１記載
の燃料セルスタック。 - 【請求項３】 前記セパレータープレートとセパレータ
ー／リホーマープレートとがプレス成形金属プレートで
ある請求項２記載の燃料セルスタック。 - 【請求項４】 前記プレートの１面上の前記平たい周辺
ウェットシール構造が前記プレートのプレス成形造形体
（ｐｒｅｓｓｅｄ ｓｈａｐｉｎｇ）を含んで前記プレ
ートの１面上では前記延在周辺ウェットシールを形成
し、前記プレートの他の面上では前記プレートの前記他
の面に固定された、前記延在周辺ウェットシールを形成
するプレス成形シート金属造形体（ｓｈａｐｅ）を含む
請求項３記載の燃料セルスタック。 - 【請求項５】 前記プレートの１面上の前記延在マニホ
ルドウェットシール構造が前記プレートのプレス成形造
形体を含んで前記プレートの１面上では前記延在マニホ
ルドウェットシールを形成し、前記プレートの他の面上
では前記プレートの前記他の面に固定された、前記延在
マニホルドウェットシールを形成するプレス成形シート
金属造形体を含む請求項４記載の燃料セルスタック。 - 【請求項６】 前記延在マニホルドウェットシール構造
を通る前記管路が波形金属によって形成されている請求
項５記載の燃料セルスタック。 - 【請求項７】 前記延在マニホルドウェットシール構造
を通る前記管路がシート金属構造を通る孔である請求項
５記載の燃料セルスタック。 - 【請求項８】 前記セパレータープレートとセパレータ
ー／リホーマープレートとがプレス成形金属プレートで
ある請求項１記載の燃料セルスタック。 - 【請求項９】 前記セパレータープレートとセパレータ
ー／リホーマープレートとの１面上の前記平たい周辺ウ
ェットシール構造が前記セパレータープレートとセパレ
ーター／リホーマープレートのプレス成形造形体を含ん
で前記セパレータープレートとセパレーター／リホーマ
ープレートとの前記１面上に前記延在周辺ウェットシー
ルを形成し、前記セパレータープレートとセパレーター
／リホーマープレートの他の面上では前記セパレーター
プレートとセパレーター／リホーマープレートの前記他
の面に固定された、前記延在周辺ウェットシールを形成
するプレス成形シート金属造形体を含む請求項１記載の
燃料セルスタック。 - 【請求項１０】 前記セパレータープレートとセパレー
ター／リホーマープレートとの１面上の前記延在マニホ
ルドウェットシール構造が前記セパレータープレートと
セパレーター／リホーマープレートのプレス成形造形体
を含んで前記セパレータープレートとセパレーター／リ
ホーマープレートとの前記１面上に前記延在マニホルド
ウェットシールを形成し、前記セパレータープレートと
セパレーター／リホーマープレートの他の面上では前記
セパレータープレートとセパレーター／リホーマープレ
ートの他の面に固定された、前記延在マニホルドウェッ
トシールを形成するプレス成形シート金属造形体を含む
請求項１記載の燃料セルスタック。 - 【請求項１１】 前記延在マニホルドウェットシール構
造を通る前記管路が波形金属によって形成される請求項
１記載の燃料セルスタック。 - 【請求項１２】 前記延在マニホルドウェットシール構
造を通る前記管路がシート金属構造を通る孔である請求
項１記載の燃料セルスタック。 - 【請求項１３】 前記リホーマー室が約５〜約１０個の
隣接燃料セル単位の群の間に散在する請求項１記載の燃
料セルスタック。 - 【請求項１４】 前記電解質がアルカリ金属炭酸塩から
なる請求項１記載の燃料セルスタック。 - 【請求項１５】 前記セパレータープレートとセパレー
ター／リホーマープレートとの１面上の前記平たい周辺
ウェットシール構造が前記セパレータープレートとセパ
レーター／リホーマープレートのプレス成形造形体を含
んで前記セパレータープレートとセパレーター／リホー
マープレートとの前記１面上に前記延在周辺ウェットシ
ールを形成し、前記セパレータープレートとセパレータ
ー／リホーマープレートの他の面上では前記セパレータ
ープレートとセパレーター／リホーマープレートの前記
他の面に固定された、前記前記延在周辺ウェットシール
を形成するプレス成形シート金属造形体を含む請求項１
４記載の燃料セルスタック。 - 【請求項１６】 前記セパレータープレートとセパレー
ター／リホーマープレートとの１面上の前記延在マニホ
ルドウェットシール構造が前記セパレータープレートと
セパレーター／リホーマープレートのプレス成形造形体
を含んで前記セパレータープレートとセパレーター／リ
ホーマープレートとの前記１面上に前記延在マニホルド
ウェットシールを形成し、前記セパレータープレートと
セパレーター／リホーマープレートの他の面上では前記
セパレータープレートとセパレーター／リホーマープレ
ートの他の面に固定された、前記前記延在マニホルドウ
ェットシールを形成するプレス成形シート金属造形体を
含む請求項１５記載の燃料セルスタック。 - 【請求項１７】 ほぼ直方体の燃料セルスタックであっ
て、 各燃料セル単位が、アノードとカソード；前記アノード
の１面に接触する電解質と前記カソードのアノードに対
向する面に接触する電解質；及び前記セル単位を前記の
アノードとカソードとの間で分離するセパレータープレ
ートにして、その１面と前記アノードとの間には、燃料
ガス供給口と排出口とに気体連通しているアノード室
を、その反対面と前記カソードとの間には、オキシダン
トガス供給口と排出口とに気体連通しているカソード室
をそれぞれ形成する該セパレータープレートを含んでな
り、そして前記燃料ガス供給口と排出口とは前記燃料セ
ルスタック内で完全に内部マニホルド化されている複数
の燃料セル単位；各リホーミング室が、一つは前記アノ
ード室の一つに面する前記セパレータープレートの前記
１面の形状を、第２は前記カソード室の一つに面する前
記セパレータープレートの前記他の面の形状をそれぞれ
有する２個のセパレーター／リホーマープレートによっ
て形成されており、前記の２個のセパレーター／リホー
マープレートはそれらの縁部で密封接合されて１つのリ
ホーマー室を取り囲んでいる、前記燃料セルスタックの
軸に沿った複数のリホーミング室；並びに延在マニホル
ドウェットシール構造を通り、反応ガスとスチームの内
部反応体ガスマニホルドから前記リホーマー室までの連
通を可能とする複数の管路、及び延在マニホルドウェッ
トシール構造を通り、富化水素生成物ガスの内部燃料ガ
ス供給マニホルドへの連通を可能とする複数の管路であ
って、それらによって前記燃料セルスタック中で反応体
ガスとスチームを前記各リホーマー単位へ及び生成物ガ
スを前記各リホーマー単位から完全に内部マニホルディ
ングする該管路；を含んでなる前記燃料セルスタック。 - 【請求項１８】 前記リホーマー室が約５〜約１０個の
隣接燃料セル単位の群の間に散在する請求項１７記載の
燃料セルスタック。 - 【請求項１９】 各燃料セル単位が、アノードとカソー
ド；前記アノードの１面に接触する電解質と前記カソー
ドのアノードに対向する面に接触する電解質；及び前記
セル単位を前記のアノードとカソードとの間で分離する
セパレータープレートにして、その１面と前記アノード
との間にはアノード室を形成し、その反対面と前記カソ
ードとの間にはカソード室を形成する該セパレータープ
レートを含んでなる複数の燃料セル単位からなるほぼ直
方体の燃料セルスタックでの発電方法であって、次の：
燃料ガスとオキシダントガスを、前記燃料セルスタック
中の各燃料セル単位へ及び各燃料セル単位から、複数の
完全内部マニホルド管路を通って通過させる工程：ここ
で前記内部マニホルド管路はそれぞれ複数の整列された
穿孔を有する前記電解質と前記セパレータープレートと
によって形成され；前記の各穿孔は、それらセパレータ
ープレートの各面上の前記電解質と接触、延在してセル
操作条件下でセパレータープレート／電解質ウェットシ
ールを形成する平たいマニホルドウェットシール構造に
よって囲まれ、それによって前記セルスタックを通って
延在する複数のガスマニホルドを形成しており；前記延
在マニホルドウェットシール構造を通り、前記マニホル
ドの１セットと前記セパレータープレートの１面上の前
記アノード室との間で燃料ガスの連通を可能とする複数
の管路、及び前記延在マニホルドウェットシール構造を
通り、前記マニホルドの他方のセットと前記セパレータ
ープレートの他方の面上の前記カソード室との間でオキ
シダントガスの連通を可能にする複数の管路を備え、そ
れらによって前記燃料セルスタックの中で燃料ガスとオ
キシダントガスとを各単位燃料セルへ及び各単位燃料セ
ルから完全に内部マニホルディングしている；並びに炭
化水素反応体ガスを前記燃料セルスタックの複数のリホ
ーミング室に通す工程：ここでリホーミング室は各々、
一つは前記アノード室の一つに面する前記セパレーター
プレートの前記１面の形状を、第２は前記カソード室の
一つに面する前記セパレータープレートの前記他方の面
の形状をそれぞれ有する２個のセパレーター／リホーマ
ープレートによって形成されており、前記２個のセパレ
ーター／リホーマープレートはそれらの縁部で密封接合
されてリホーマー室を囲み、前記延在マニホルドウェッ
トシール構造を通る管路が反応ガスとスチームの前記マ
ニホルドの第３セットから前記リホーマー室までの連通
を可能にしている；前記反応ガスをリホーミング触媒上
に通して富化水素生成物ガスを形成する工程；及び前記
富化水素生成物ガスを前記延在マニホルドウェットシー
ル構造を通る管路に通す工程：ここで前記管路は富化水
素生成物ガスの燃料ガス供給マニホルドへの連通を可能
となし、それによって前記燃料セルスタック中で反応ガ
スとスチームを前記各リホーマー単位へ及び生成物ガス
を前記各リホーマー単位から完全に内部マニホルディン
グする；各工程を含む方法。 - 【請求項２０】 前記電解質がアルカリ金属炭酸塩であ
る請求項１９記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/517,227 US5077148A (en) | 1989-05-03 | 1990-05-01 | Fully internal manifolded and internal reformed fuel cell stack |
| US517227 | 1990-05-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05190187A true JPH05190187A (ja) | 1993-07-30 |
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