JPH05307968A - 内部マニフォールド式固体電解質型燃料電池 - Google Patents

内部マニフォールド式固体電解質型燃料電池

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JPH05307968A
JPH05307968A JP4137748A JP13774892A JPH05307968A JP H05307968 A JPH05307968 A JP H05307968A JP 4137748 A JP4137748 A JP 4137748A JP 13774892 A JP13774892 A JP 13774892A JP H05307968 A JPH05307968 A JP H05307968A
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JP
Japan
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gas
separator
fuel
fuel cell
cell
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Withdrawn
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JP4137748A
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Takeshi Kawashima
健 川島
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Tokyo Gas Co Ltd
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Tokyo Gas Co Ltd
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンパクトでシール部分を少なくしてガスの
リークの危険が少なく、発電効率の高い内部マニフォー
ルド式固体電解質型燃料電池を提供すること。 【構成】 固体電解質層9を挟むように複数の燃料極3
を片面に複数の空気極4を反対面に対をなして配置し且
つガスを流通させるための貫通孔5、6、1、2を周辺
および電極対と電極対との間に形成した平板状単電池1
0と、単電池の各燃料極に燃料ガスを流通させるための
溝7を片面に刻設し且つ各空気極に酸化剤ガスを流通さ
せるための溝8を燃料ガス流通溝7に直角方向に反対面
に刻設し且つガスを流通させるための貫通孔6、5、
1、2を周辺および電極対と電極対との間に形成したセ
パレータ11とを具備し、単電池とセパレータを積層し
たときに形成された貫通孔が互いに連通し、且つ単電池
およびセパレータの貫通孔がセパレータに刻設されたす
べてのガス流通溝の入口を覆う広さを有し、セパレータ
のすべての溝にガスを同時に供給できるようにした

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内部マニフォルド式固体
電解質型燃料電池に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、酸素と水素をそれぞれ、酸化剤お
よび燃料として、燃料が本来持っている化学エネルギー
を直接電気エネルギーに変換する燃料電池が、省資源、
環境保護などの観点から注目されており、特に固体電解
質型燃料電池は、作動温度が800〜1000℃と高い
ことから、リン酸型、溶融炭酸塩型の燃料電池に比べて
原理的に発電効率が高く、排熱を有効に利用することが
でき、構成材料がすべて固体であり取扱が容易であるな
どの多くの利点を有するため、研究・開発が進んできて
いる。
【0003】従来、この種の固体電解質型燃料電池は上
から単電池、セパレータ(またはインターコネクターと
称する)、単電池およびセパレータの順に縦方向に複数
段に積層され、最終的に一体的に固定されて固体電解質
型燃料電池を構成している。セパレータは単電池を相互
に隔離し且つ該単電池を次々に電気的に直列に接続する
機能を有する。
【0004】単電池は平板状固体電解質層の表面に空気
極または酸素極、裏面に燃料極が配置されており、これ
らの極のそれぞれに酸化剤ガス例えば空気と燃料ガスを
接触させることにより起電力を発生させる。このように
極の表面にガスを均等に流すための流通路としてセパレ
ータの両面には複数列の溝が縦方向または横方向に整然
と刻設されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】固体電解質型燃料電池
に酸化剤ガスおよび燃料ガスを供給するため、その外周
に外部マニフォールドを設ける型式のものと内部にマニ
フォールドを有する型式のものがある。
【0006】従来、この外部マニフォールド式固体電解
質型燃料電池において、そのサイドおよびコーナでのシ
ールをタイトに施すのが困難なため燃料ガスや酸化剤ガ
スの漏洩がひんぱんに発生し、そのため発電効率が低下
する欠点がある。また、外部マニフォールド式はスタッ
ク全体が大型になる欠点がある。
【0007】内部マニフォールド式固体電解質型燃料電
池として次のようなものがある。 (1)特開平2−215052号の発明は各セパレータ
と一体に、上方の隣接セパレータの外周に間隔を設けて
溜部を形成し、この中に非導電性高粘度融体を満たして
シール性を保つようにしたものであるが、ガスの導入・
排出孔が小さく、電極全面にガスが供給されない欠点が
ある。 (2)特開平1−197972号の発明は板状構造物の
四隅に通気孔を設けてガスを供給するようにしている
が、これらの通気孔が小さく、この部分に圧力損失が生
じ、各単電池にガスが均一に供給されず、発電能力が低
下する欠点がある。 (3)特開平3−219563号の発明は中央部と周辺
部にガスを導くとともに電気接続を行う案内物と、積層
された単セルとガス分配手段の中央部を貫通し両極にガ
スを並列的に送入排出するマニフォールドを有するもの
であるが、ガスの入口から遠ざかるにつれてガスが著し
く希釈する欠点がある。
【0008】上述のいずれの発明もガスが入口から遠ざ
かるにつれて希釈が激しくなり、その結果燃料電池の発
電効率が低下する。
【0009】本発明は上述の点にかんがみてなされても
ので、一枚の固体電解質層の片面に複数個の燃料極を設
け且つその反対面にそれと同数の空気極を対向して設け
ることにより発電部分を複数個に分割した平板状単電池
と、この平板状単電池の発電部分に対応してガス流通溝
を両面に直交状態に形成したセパレータとを具備し、単
電池およびセパレータの周辺と中間部にその表裏を貫通
するガス流通孔を設け、そのガス流通孔から一度に前記
セパレータのガス流通溝にガスを流入し且つ一度に排出
できるように構成し、もってコンパクトでシール部分を
少なくしてガスのリークの危険が少なく、発電効率の高
い内部マニフォールド式固体電解質型燃料電池を提供す
ることを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は固体電解質層を挟むように複数の燃料極を
片面に複数の空気極を反対面に互に対をなして配置し且
つガスを流通させるための貫通孔を周辺および前記電極
対と電極対との間に形成した平板状単電池と、前記単電
池の各燃料極に燃料ガスを流通させるための溝を片面に
刻設し且つ各空気極に酸化剤ガスを流通させるための溝
を前記燃料ガス流通溝に直角方向に反対面に刻設し且つ
ガスを流通させるための貫通孔を周辺および前記電極対
と電極対との間に形成したセパレータとを具備し、前記
単電池とセパレータを積層したときにそれぞれに形成さ
れた貫通孔が互いに連通し、且つ前記単電池およびセパ
レータの貫通孔が前記セパレータに刻設されたすべての
ガス流通溝の入口を覆う広さを有し、セパレータのすべ
てのガス流通溝にガスを同時に供給できるようにしたこ
とを特徴とする。
【0011】
【作用】セパレータのすべてのガス流通溝に電池の中央
部から同時にガスを流入し、電池の周辺から同時に排出
できるので、ガス中の燃料あるいは酸化剤の濃度の低下
が少なくなり、発電能力の低下が起きない。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0013】図1は本発明の固体電解質型燃料電池の組
込まれる単電池10の平面図、図2は図1の線II−IIに
おける断面図である。
【0014】単電池10は一枚の固体電解質層2を挟む
ように4個の燃料極3とこれらに対向する4個の空気極
4をそれぞれ上面と下面に備え、複数個の電極対を構成
している。これらの電極のそれぞれに酸化剤ガス例えば
空気と燃料ガスを接触させることにより起電力を発生す
る。したがって、この単電池10は4個の発電部分を有
することになる。
【0015】単電池10は図示の実施例では正方形をな
し、その四辺すなわち周縁8個所に殆ど全長に亘り長方
形貫通孔5、6を備えている。この貫通孔5、6は酸化
剤ガスや燃料ガスを流通させるものである。
【0016】また、4個の電極対の間に4個の長方形貫
通孔1、2が設けられている。これらの貫通孔1、2も
ガスを流通させるためのものである。
【0017】図3は本発明の固体電解質型燃料電池に組
み込まれるセパレータ11の平面図、図4は図3の線IV
−IVにおける断面図である。
【0018】セパレータ11は単電池10を相互に隔離
し且つ単電池10を電気的に直列接続するものである。
単電池10の両極面にそれぞれのガスを均等に分布して
流れるようにするため、セパレータ11の上面と下面に
それぞれ5列のガス流通溝8、7が4群刻まれている。
これら上面と下面の溝8、7は直交している。
【0019】セパレータ11の周辺8個所に沿って長方
形貫通孔5、6を備えている。また4群のガス流通溝
8、7の各群の間に長方形貫通孔1、2が形成されてい
る。これらの貫通孔1、2、5、6は酸化剤ガスや燃料
ガスを流通させるものである。
【0020】セパレータ11の貫通孔1、2、5、6は
単電池の貫通孔1、2、5、6と上下にぴったりと重な
り、同一断面積のガス流通路を形成する。
【0021】又、セパレータ11の貫通孔1、2、5、
6は図3、4に示すようにすべての溝7または溝8のガ
ス入口面積を覆う広さを有している。図示の実施例では
溝7、8の数はそれぞれ5個であり、これら5個の溝の
ガス入口面積すなわち端部面積の合計より貫通孔1、
2、5、6のそれぞれの面積が広くなっている。
【0022】図5は本発明の固体電解質型燃料電池の縦
方向断面図である上述の単電池10とセパレータ11を
交互に積層し、それらの間にスペーサ(図示せず)を介
在させ、一番上に天板12を、一番下に座板13を重ね
て、締めつけることにより4個の発電部分を備えた固体
電解質型燃料電池ができ上がる。なお、天板12には貫
通孔1、2と同じ面積のガス入口14が4個と、貫通孔
5、6と同じ面積のガス出口15が8個設けられてい
る。
【0023】単電池10の貫通孔1、2、5、6とセパ
レータ11の貫通孔1、2、5、6は縦方向全体に連通
して合計12本のガスの流通路を形成する。
【0024】上記構成になる固体電解質型燃料電池の酸
化剤ガス入口14より酸化剤ガスを供給すれば、ガスは
前述の縦方向のガス流通路1に流入下降し、更に各セパ
レータ11のすべての溝8に一度に流入し、各単電池1
0の各発電部分の空気極4の表面を分布して流れ、反対
側の縦方向のガス流通路5に集合して上昇し、酸化剤ガ
ス出口15から外部へ排出される。同様に燃料ガス入口
14(図示せず)から燃料ガスを供給すればガス流通路
2を下降し、各セパレータのすべての溝7に一度に流入
し、各単電池10の燃料極3の表面を流れ、反対側の縦
方向のガス流通路6に集合し上昇し、燃料ガス出口15
(図示せず)から排出される。矢印はガスの進路を示
す。このようにして電力が発生される。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば固
体電解質型燃料電池を構成する単電池とセパレータの中
間と周辺に長いガス流通用貫通孔を設けたので、単電池
とセパレータを積層することにより縦方向に広いガス流
通路が形成され、ここから全セパレータ上の複数群のガ
ス流通溝に一度にガスが流入流出できるようになる。そ
の結果単電池の複数の電極対に均等にガスが分布して流
れることができ、ガス中の燃料あるいは酸化剤の濃度の
低下が少なくなり、発電効率が向上する。
【0026】また、内部マニフォールド式であるため、
外部マニフォールド式に比較して電池がコンパクトにな
り、シールを必要とする部分が減少する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の内部マニフォールド式固体電解質型燃
料電池に使用する単電池の平面図である。
【図2】図1の線II上矢視図である。
【図3】本発明の内部マニフォールド式固体電解質型燃
料電池に使用するセパレータの平面図である。
【図4】図3の線IV−IV上矢視図である。
【図5】本発明の内部マニフォールド式固体電解質型燃
料電池の縦断面図である。
【符号の説明】
1 貫通孔 2 貫通孔 3 燃料極 4 空気極 5 貫通孔 6 貫通孔 7 溝 8 溝 10 単電池 11 セパレータ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体電解質層を挟むように複数の燃料極
    を片面に複数の空気極を反対面に互に対をなして配置し
    且つガスを流通させるための貫通孔を周辺および前記電
    極対と電極対との間に形成した平板状単電池と、前記単
    電池の各燃料極に燃料ガスを流通させるための溝を片面
    に刻設し且つ各空気極に酸化剤ガスを流通させるための
    溝を前記燃料ガス流通溝に直角方向に反対面に刻設し且
    つガスを流通させるための貫通孔を周辺および前記電極
    対と電極対との間に形成したセパレータとを具備し、前
    記単電池とセパレータを積層したときにそれぞれに形成
    された貫通孔が互いに連通し、且つ前記単電池およびセ
    パレータの貫通孔が前記セパレータに刻設されたすべて
    のガス流通溝の入口を覆う広さを有し、セパレータのす
    べてのガス流通溝にガスを同時に供給できるようにした
    ことを特徴とする内部マニフォールド式固体電解質型燃
    料電池。
JP4137748A 1992-04-28 1992-04-28 内部マニフォールド式固体電解質型燃料電池 Withdrawn JPH05307968A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100418626B1 (ko) * 2001-10-17 2004-02-14 한국전력공사 용융탄산염형 연료전지
JP2008084792A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Dainippon Printing Co Ltd 固体酸化物形燃料電池及びそのスタック構造
JP2013187005A (ja) * 2012-03-07 2013-09-19 Ngk Spark Plug Co Ltd 固体酸化物形燃料電池及び燃料電池ユニット

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