JPH06260192A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

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Publication number
JPH06260192A
JPH06260192A JP5043676A JP4367693A JPH06260192A JP H06260192 A JPH06260192 A JP H06260192A JP 5043676 A JP5043676 A JP 5043676A JP 4367693 A JP4367693 A JP 4367693A JP H06260192 A JPH06260192 A JP H06260192A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
fuel cell
fuel
sealing element
thermal expansion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP5043676A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Isobe
賢司 磯部
Michio Hori
美知郎 堀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP5043676A priority Critical patent/JPH06260192A/en
Publication of JPH06260192A publication Critical patent/JPH06260192A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PURPOSE:To provide a fuel cell of high reliability which can supply an oxidating gas and a fuel gas to each unit cell in a stabilized state for a long period of time. CONSTITUTION:A fuel cell is embodied as a lamination with separator 10 interposed between unit cells furnished with a channel to form a gas passage in contact with a positive electrode 16 and negative electrode 17 which are installed in contact with the two main surfaces of an electrolyte plate 15 in such a way as pinching it. Adjoining separators 10 for each gas path at the manifold part 12 alternately supplying the oxidating gas and fuel gas to the gas passage are sealded with a sealing element 11 consisting of an insulative ceramic layer 11a and a metal layer 11b having a similar coefficient of thermal expansion relative to the insulative ceramics 11a.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は燃料電池に係り、さらに
詳しくは単位燃料電池を積層して構成された燃料電池に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a fuel cell formed by stacking unit fuel cells.

【0002】[0002]

【従来の技術】化学エネルギーを直接電気エネルギーに
変換する燃料電池では、電解質板(層)の両主面に一対
の電極(正極、負極)を配設するとともに、前記正極、
負極の両電極側から酸化剤ガスと燃料ガスとをそれぞれ
供給・反応させ、起電力を得ることを基本構成としてい
る。しかしながら、前記単位燃料電池では得られる起電
力が低いため、高出力の発電プラントを構成する場合に
は、複数の単位燃料電池を直列に積層して、燃料電池積
層体を構成し、たとえば起電部温度を650 ℃程度に保持
して動作させることによって、各単位電池の加算出力を
得る方式を採っている。
2. Description of the Related Art In a fuel cell that directly converts chemical energy into electric energy, a pair of electrodes (positive electrode, negative electrode) are arranged on both main surfaces of an electrolyte plate (layer), and the positive electrode is
The basic configuration is to obtain an electromotive force by supplying and reacting an oxidant gas and a fuel gas from both electrode sides of the negative electrode. However, since the electromotive force obtained by the unit fuel cell is low, when constructing a high-output power plant, a plurality of unit fuel cells are stacked in series to form a fuel cell stack, and for example, an electromotive force is generated. The unit output is added to each unit battery by keeping the unit temperature at about 650 ℃.

【0003】一般に、この燃料電池積層体の構成では、
隣接する単位燃料電池間にセパレータを配設し、一方の
単位燃料電池の燃料ガス流路(または酸化剤ガス流路)
と、他方の単位燃料電池の酸化剤ガス流路(または燃料
ガス流路)とを区分する構成を採っている。したがっ
て、酸化剤ガス流路および燃料ガス流路は交互に積層さ
れることになり、各ガスをそれぞれ供給するマニホール
ドでは、供給ガスの外部漏れや両ガスの混合が起こらな
いように、酸化剤ガスおよび燃料ガスの両給排路を各別
に形成することが必要である。
Generally, in the structure of this fuel cell stack,
A separator is disposed between adjacent unit fuel cells, and the fuel gas flow path (or oxidant gas flow path) of one unit fuel cell
And the oxidant gas flow channel (or fuel gas flow channel) of the other unit fuel cell. Therefore, the oxidant gas flow path and the fuel gas flow path are alternately stacked, and the oxidizer gas flow path and the oxidant gas flow path are prevented from leaking to the outside and mixing of the two gases in the manifold supplying each gas. It is necessary to separately form both the fuel gas supply and discharge passages.

【0004】図6は、従来の燃料電池積層体の要部構造
を斜視的に示したもので、一対の電極(図示せず)が両
主面にそれぞれ配設された厚さ1 〜 1.5mmの電解質板1
と、厚さ 3〜 5mm程度のセパレータ2とが交互に積層さ
れたスタックを形成しており、さらに、この積層体の両
端部には、酸化剤系ガス・燃料系ガスの給排流路である
マニホールド3,4が配置され、反応部5へ前記各ガス
を循環させる役割を担っている。つまり、前記セパレー
タ2は、一般に一方の面が一方の電解質板1の燃料系ガ
ス流路(もしくは酸化剤系ガス流路)、他方の面が他方
の電解質板1の酸化剤系ガス流路(もしくは燃料系ガス
流路)を成すように区分する構成をなしている。
FIG. 6 is a perspective view showing a main structure of a conventional fuel cell stack, in which a pair of electrodes (not shown) are respectively provided on both main surfaces and have a thickness of 1 to 1.5 mm. Electrolyte plate 1
And a separator 2 having a thickness of about 3 to 5 mm are alternately laminated to form a stack. Further, at both ends of the laminate, there are oxidant gas / fuel gas supply / discharge channels. Certain manifolds 3 and 4 are arranged and have a role of circulating the above-mentioned gases to the reaction section 5. That is, in general, one surface of the separator 2 is the fuel gas flow path (or oxidant gas flow path) of the one electrolyte plate 1 and the other surface is the oxidant gas flow path of the other electrolyte plate 1 ( Alternatively, it is configured to be divided so as to form a fuel system gas flow path).

【0005】この構成について、前記図6のA−A線に
沿った断面を示す図7を参照して説明すると、酸化剤系
ガスはマニホールド3aを経由して反応部5である電解質
板1の一面側に供給され、発電作用後にマニホールド3b
を経由して排出される。一方、燃料系ガスは、前記酸化
剤系ガスの場合に準じて、マニホールド4aを経由して反
応部5である電解質板1の他面側に供給され、発電作用
後にマニホールド4bを経由して排出される。そして、反
応部5では電解質板1を挟んで一対の電極6,7、およ
びガスチャンネルなど(図示せず)によって単位燃料電
池が構成され、各単位燃料電池はセパレータ2の本体部
2aによって区画されてる。さらに、前記マニホールド
3,4の領域では、隣接するセパレータ2間を、アルミ
ナなどの絶縁性リング9aおよび絶縁性リング9aの両面に
一体的に配設した封着合金製薄肉リング9bから成るシー
ル要素9によって、気密に封止した構成を採っている。
つまり、シール要素9の封着合金製薄肉リング9b部を対
向配置されているセパレータ2に溶接して気密に封止一
体化するとともに、それらセパレータ2間を絶縁性リン
グ9aによって電気的に絶縁されている。
This structure will be described with reference to FIG. 7 showing a cross section taken along the line A--A of FIG. 6, and the oxidant-based gas passes through the manifold 3a and flows into the reaction part 5 of the electrolyte plate 1. Manifold 3b is supplied to one side and after power generation
Is discharged via. On the other hand, the fuel-based gas is supplied to the other surface side of the electrolyte plate 1 which is the reaction part 5 via the manifold 4a in the same manner as in the case of the oxidant-based gas, and is discharged via the manifold 4b after the power generation operation. To be done. In the reaction section 5, a unit fuel cell is constituted by a pair of electrodes 6, 7 and a gas channel (not shown) with the electrolyte plate 1 interposed therebetween, and each unit fuel cell is a main body section of the separator 2.
It is divided by 2a. Further, in the area of the manifolds 3 and 4, a seal element including an insulating ring 9a made of alumina or the like and a thin ring 9b made of a sealing alloy integrally disposed on both surfaces of the insulating ring 9a between adjacent separators 2 is formed. 9, the airtightly sealed structure is adopted.
That is, the sealing alloy thin-walled ring 9b of the sealing element 9 is welded to the opposing separators 2 to hermetically seal and integrate them, and the separators 2 are electrically insulated by the insulating ring 9a. ing.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記燃料電
池積層体(積層型燃料電池)において、互いに隣接する
単位燃料電池のセパレータ2間を、前記シール要素9で
気密に封止一体化した構成を採った場合、長期的な信頼
性において懸念がもたれている。つまり、この種の積層
型燃料電池では、酸化剤ガスおよび燃料ガスを常に安定
した状態で供給・排出されることが重要である。しかし
ながら、前記のようにアルミナなどの絶縁性リング9aお
よび封着合金、たとえば42アロイ製薄肉リング9bニヨッ
テろう付け接合してシール要素9を制作した場合、信頼
性の高い所要の気密な封止一体化を達成することが難し
い。
By the way, in the above fuel cell stack (stacked fuel cell), the separators 2 of the unit fuel cells adjacent to each other are hermetically sealed and integrated by the sealing element 9. If taken, there is concern about long-term reliability. That is, in this type of stacked fuel cell, it is important that the oxidant gas and the fuel gas are always supplied and discharged in a stable state. However, when the sealing element 9 is manufactured by brazing and joining the insulating ring 9a such as alumina and the sealing alloy, for example, the thin alloy ring 9b made of 42 alloy as described above, the required reliable and airtight sealing Is difficult to achieve.

【0007】この点さらに詳述すると、ろう付けにより
シール要素9を製造する際、ろう材の強度が 700℃から
作用するものとした場合、アルミナと42アロイ間の累積
歪み量は、図8に示すごとくである。すなわち、前記シ
ール要素9のろう付け接合は一般に高温で、たとえばニ
ッケルろうの場合 900〜1200℃程度であり、前記42アロ
イではキュリー点に相当する屈曲点を超えることにな
る。したがって、線膨脹係数が大きくなり、アルミナと
の熱膨脹差は 2.9×10-3と過大になって、脆い特性のア
ルミナ側で破損を起こし易いという問題がある。この現
象は温度が 650℃程になる発電過程でも同様の挙動とな
る(ただし膨脹係数差は逆の符号)。さらに、燃料電池
の動作環境が 650℃程度と高温であり、かつ溶融炭酸塩
の高腐食環境となることから、封着用合金が腐食作用な
どにより破損したりし、シール性が損なわれ易いという
問題もある。
To further explain this point, when manufacturing the sealing element 9 by brazing, assuming that the strength of the brazing filler metal acts from 700 ° C., the cumulative strain amount between alumina and 42 alloy is shown in FIG. As shown. That is, the brazing joint of the sealing element 9 is generally at a high temperature, for example, about 900 to 1200 ° C. in the case of nickel brazing, and exceeds the bending point corresponding to the Curie point in the 42 alloy. Therefore, there is a problem that the coefficient of linear expansion becomes large and the difference in thermal expansion with alumina becomes 2.9 × 10 −3, which is too large, and the alumina side, which is brittle, is likely to be damaged. This phenomenon has the same behavior during the power generation process when the temperature is about 650 ° C (however, the difference in expansion coefficient is the opposite sign). In addition, the operating environment of the fuel cell is as high as 650 ° C and the high corrosion environment of the molten carbonate causes the sealing alloy to be damaged due to the corrosive action and the sealing performance is apt to be impaired. There is also.

【0008】本発明は上記事情に対処してなされたもの
で、各単位燃料電池に酸化剤ガスおよび燃料ガスを長期
的に安定した状態で供給が可能な、信頼性の高い燃料電
池の提供を目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a highly reliable fuel cell capable of stably supplying an oxidant gas and a fuel gas to each unit fuel cell for a long term. To aim.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係る燃料電池
は、電解質板の両主面側に接触して挟む一対の正極およ
び負極にそれぞれ接してガス路を形成するガチャンネル
部を具備する単位電池間にセパレータを介在させて積層
して成る燃料電池において、前記ガス路にそれぞれ酸化
剤ガス・燃料ガスを交互に供給するマニホールド部でガ
ス路ごとに隣接するセパレータ間を、絶縁性セラミック
ス層およびこの絶縁性セラミックスと相対的に熱膨脹係
数が近似する金属層から成るシール要素で密封した構成
とすることを特徴とする。
A fuel cell according to the present invention is a unit including a gas channel portion which forms a gas passage in contact with a pair of a positive electrode and a negative electrode which are in contact with and sandwiched between both main surface sides of an electrolyte plate. In a fuel cell formed by stacking separators between cells, an insulating ceramic layer and an insulating ceramics layer are provided between adjacent separators for each gas passage in a manifold portion that alternately supplies an oxidant gas and a fuel gas to the gas passages. It is characterized in that it is hermetically sealed by a sealing element composed of a metal layer having a thermal expansion coefficient relatively close to that of the insulating ceramic.

【0010】すなわち、本発明は単位電池間に介在して
ガス路の形成に関与しているセパレータを、マニホール
ド部で隣接するセパレータ間を気密に封止・一体化して
接合したシール要素について、特に、ろう付け性,電気
絶縁性、機械的な強度および熱膨脹係数などを考慮した
点を骨子とする。ここで、絶縁性セラミックスとして
は、たとえばマグネシア、部分安定化ジルコニア、安定
化ジルコニアなどが挙げられ、また、これら絶縁性セラ
ミックと相対的に熱膨脹係数が近似する金属としては、
たとえばフェライト系ステンレス鋼、フェライト系ステ
ンレス鋼−高ニッケル合金クラッド板などが挙げられ
る。さらに、前記シール要素を、前記金属で断面C字形
のOリングを形成し、これを挟んでセラミックス平板お
よび金属平板を順次積層した構造の場合は、マニホール
ド部での締め付け荷重に対する弾撥性などもあり、さら
なる気密・封止の確保を図り得る。
That is, the present invention particularly relates to a sealing element in which separators which are interposed between unit cells and are involved in forming a gas passage are hermetically sealed and integrated between adjacent separators in a manifold portion, and in particular, , The brazing property, the electrical insulation property, the mechanical strength and the coefficient of thermal expansion are taken into consideration. Here, the insulating ceramics include, for example, magnesia, partially stabilized zirconia, stabilized zirconia, and the like, and as the metal whose thermal expansion coefficient is relatively close to those of the insulating ceramics,
Examples thereof include ferritic stainless steel and ferritic stainless steel-high nickel alloy clad plate. Further, in the case where the sealing element has a structure in which an O-ring having a C-shaped cross section is formed of the metal, and a ceramic flat plate and a metal flat plate are sequentially laminated with the O-ring sandwiched therebetween, the repulsion property against a tightening load in the manifold part, etc. Yes, further airtightness and sealing can be ensured.

【0011】[0011]

【作用】本発明によれば、シール要素を形成する絶縁性
セラミックスおよび金属が、互いの熱膨脹係数を相対的
に近似する関係に選択されている。つまり、金属として
は熱膨脹係数が比較的小さいフェライトステンレス鋼と
セラミックスとしては熱膨脹係数が比較的大きく、かつ
高強度の部分安定化ジルコニアなどのセラミックが組み
合わせられ、熱膨脹係数差が低減されている。たとえば
絶縁性マグネシアリングと、高ニッケル合金板およびフ
ェライト系ステンレス鋼板(板厚比2:1)のクラッド板と
で、シール要素を構成する工程での累積歪み量について
みると、図1に示すごとく熱膨脹差は高々 0.1×10-3
度である。さらに、絶縁性の部分安定化ジルコニア(ま
たは安定化ジルコニア)リングと、フェライト系ステン
レス鋼板とで、クラッド型のシール要素を構成する工程
での累積歪み量についてみると、図2に示すごとく熱膨
脹差は高々 0.8×10-3程度である。なお、ここでは、ろ
う付けを想定し 700℃からろう材の強度が作用するもの
とし 700℃からの累積量に注目しており、横軸が温度,
縦軸が累積歪み量を示している。
According to the present invention, the insulating ceramics and the metal forming the sealing element are selected so that their thermal expansion coefficients are relatively close to each other. That is, a ferritic stainless steel having a relatively small coefficient of thermal expansion is used as a metal, and a ceramic such as a partially stabilized zirconia having a relatively large coefficient of thermal expansion and a high strength is combined as a ceramic to reduce the difference in the coefficient of thermal expansion. For example, as shown in Fig. 1, the cumulative amount of strain in the process of constructing the sealing element between the insulating magnesia ring and the clad plate of high nickel alloy plate and ferritic stainless steel plate (plate thickness ratio 2: 1) is shown in Fig. 1. The difference in thermal expansion is at most 0.1 × 10 -3 . Further, looking at the cumulative strain amount in the process of forming the clad-type sealing element between the insulating partially stabilized zirconia (or stabilized zirconia) ring and the ferritic stainless steel sheet, as shown in FIG. Is at most 0.8 × 10 -3 . Here, assuming brazing, assuming that the strength of the brazing filler metal acts from 700 ° C, we are paying attention to the cumulative amount from 700 ° C.
The vertical axis represents the cumulative strain amount.

【0012】このように、相対的に熱膨脹係数が近似す
る形態に設定したことに伴って、シール要素の構成過程
やセパレータ間の気密・封止工程(ろう付けなど)、あ
るいは発電動作過程などの高温環境で、熱膨脹係数差に
起因する破損など全面的に回避・解消されるとともに、
一方ではフェライト系ステンレス鋼が耐蝕性にすぐれて
いるので、動作環境である高腐食環境においても腐食破
損の恐れがなく、安定した機能の保持・発揮に寄与す
る。
As described above, due to the fact that the coefficient of thermal expansion is set relatively close to each other, the process of forming the sealing element, the process of airtightness / sealing between the separators (brazing, etc.), the process of power generation, etc. In a high temperature environment, damage caused by the difference in coefficient of thermal expansion is completely avoided and eliminated, and
On the other hand, since ferritic stainless steel has excellent corrosion resistance, there is no risk of corrosion damage even in a highly corrosive environment, which is the operating environment, and it contributes to maintaining and exhibiting stable functions.

【0013】[0013]

【実施例】以下図3〜図5を参照して本発明の実施例を
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0014】図3は本発明に係る燃料電池積層体のそれ
ぞれ異なる要部構成例を断面的に示したもので、マニホ
ールド部において隣接するステンレス鋼から成るセパレ
ータ10間を、シール要素11で気密に封止・一体化構造で
ある。この構成例においては、シール要素11が絶縁性マ
グネシアリング 11a、応力緩和機構 11b′を有するフェ
ライト系ステンレス鋼板 11bとで形成されており、また
マニホールド部12における積層方向に自由度をもたせる
ため、無拘束域を設けている。すなわち、各ガス流路に
はガスの流れを妨害しない程度のスペーサ13をマニホー
ルド12周上に複数箇所設置することにより、無拘束域を
定義して、ガス流路を塞ぐことなくマニホールド部12の
積層方向の変形を容易になし得るようにしてある。換言
すると、組み立て段階での寸法精度に起因する積層方向
の変形、長時間運転による起電部(反応部)部品のクリ
ープ現象に基づく積層方向の変形など対して自在に追従
可能と成っている。ここで、スペーサ13とセパレータを
構成するエッジ板14との間にギャップが存在する間は無
拘束域がL1 で決まり、スペーサ13とセパレータを構成
するエッジ板14とが接触した後は無拘束域がL2 で決ま
ることになる。なお、図3において15は電解質板、16,
17は一対の電極(正極,負極)である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the different main parts of the fuel cell stack according to the present invention, in which a seal element 11 seals between adjacent separators 10 made of stainless steel in the manifold part. It is a sealed and integrated structure. In this configuration example, the sealing element 11 is formed of an insulating magnesia ring 11a and a ferritic stainless steel plate 11b having a stress relaxation mechanism 11b '. There is a restricted area. That is, spacers 13 that do not interfere with the flow of gas are provided in each gas flow passage at a plurality of locations on the circumference of the manifold 12 to define an unrestrained area, and to prevent the gas flow passage from being blocked. The deformation in the stacking direction can be easily performed. In other words, it is possible to freely follow the deformation in the stacking direction due to the dimensional accuracy in the assembly stage, the deformation in the stacking direction due to the creep phenomenon of the electromotive part (reaction part) component due to long-term operation, and the like. Here, while there is a gap between the spacer 13 and the edge plate 14 constituting the separator, the unconstrained area is determined by L 1 , and after the spacer 13 and the edge plate 14 constituting the separator contact each other, there is no constraint. The area will be determined by L 2 . In FIG. 3, 15 is an electrolyte plate, 16,
Reference numeral 17 is a pair of electrodes (positive electrode, negative electrode).

【0015】さらに、前記のような構成を成す本発明に
係る燃料電池積層体においては、図4に要部構成を断面
的に示したもので、この例ではシール要素11に耐蝕性を
付与するため、たとえばアルミナイズ処理を施して、金
属 11b面およびろう材面にアルミ拡散層18を形成具備さ
せている。このアルミ拡散層18の形成により、ろう材と
して、たとえばチタンなど添加して成るニッケル系ろう
材を用いた場合は、その組成とも相俟って、たとえばニ
ッケル,クロム,アルミニウム,鉄の合金層などが形成
され、シール要素11の絶縁性セラミックス 11aと金属 1
1bとを接続するろう材層 11cの耐蝕性向上が図られる。
Furthermore, in the fuel cell stack according to the present invention having the above-mentioned structure, the main structure is shown in cross section in FIG. 4, and in this example, the seal element 11 is provided with corrosion resistance. Therefore, the aluminum diffusion layer 18 is formed and provided on the metal 11b surface and the brazing material surface, for example, by performing an aluminizing treatment. When a nickel-based brazing material formed by adding titanium or the like is used as the brazing material due to the formation of the aluminum diffusion layer 18, in combination with its composition, for example, an alloy layer of nickel, chromium, aluminum, iron, etc. Insulating ceramics 11a and metal 1 of the sealing element 11 are formed.
Corrosion resistance of the brazing material layer 11c connecting with 1b can be improved.

【0016】次に、本発明の他の実施例を説明する。Next, another embodiment of the present invention will be described.

【0017】図5は本発明に係る積層型の燃料電池の要
部構造を断面的に示したもので、この実施例において
は、一部断面がC字形化したシール要素19により、マニ
ホールド部において隣接するステンレス鋼から成るセパ
レータ10間を、気密に封止・一体化する構造である。す
なわち、ここでは、断面がC字形化した金属製Oリング
19aを挟んでセパレータ10に対接する側に、絶縁性を有
するセラミックス製平板19bおよび平面方向の剛性を確
保する金属製平板 19b′を積層的に、一体化配置した構
成を採っている。このシール要素19の構成においては、
要すればセラミックス製平板 19bを、たとえば電池動作
温度で融解するようなB2 3 −SiO2系のガラスで
含浸処理しておくことが好ましく、さらに良好なシール
性が期待できる。さらに、セラミックス製平板 19bの代
わりに、溶射などにより絶縁性を有するセラミックス層
を金属製平板 19b′などの面に形成・確保した構成でも
よい。 なお、本発明に係るシール要素は、前記例示の
形状ないし構造に限定されるものでなく、たとえば断面
形状は円形,長円形,楕円形,四角形,三角形などであ
ってもよい。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a main part of a laminated fuel cell according to the present invention. In this embodiment, a sealing element 19 having a C-shaped cross section partially forms a manifold portion. The structure is such that the space between adjacent separators 10 made of stainless steel is hermetically sealed and integrated. That is, here, a metal O-ring having a C-shaped cross section is used.
A ceramic flat plate 19b having an insulating property and a metal flat plate 19b 'that secures rigidity in the plane direction are laminated and integrally arranged on the side facing the separator 10 with the 19a interposed therebetween. In the construction of this sealing element 19,
If necessary, the ceramic flat plate 19b is preferably impregnated with, for example, B 2 O 3 —SiO 2 type glass that melts at the battery operating temperature, and a better sealing property can be expected. Further, instead of the ceramic flat plate 19b, a ceramic layer having an insulating property may be formed and secured on the surface of the metal flat plate 19b 'by thermal spraying or the like. The seal element according to the present invention is not limited to the above-described shape or structure, and may have a cross-sectional shape of, for example, a circle, an ellipse, an ellipse, a quadrangle, a triangle or the like.

【0018】[0018]

【発明の効果】上記したように本発明によれば、シール
要素を形成する絶縁性セラミックスおよび金属が、互い
の熱膨脹係数を相対的に近似する関係に選択されてい
る。そして、相対的に熱膨脹係数が近似する形態に設定
したことに伴い、シール要素の構成過程やセパレータ間
の気密・封止工程(ろう付けなど)、あるいは発電動作
過程などの高温環境で、熱膨脹係数差に起因する破損な
ど全面的に回避ないし解消されるとともに、一方ではフ
ェライト系ステンレス鋼が耐蝕性にすぐれているので、
動作環境である高腐食環境においても腐食破損の恐れが
なく、安定した機能の保持・発揮に寄与する。
As described above, according to the present invention, the insulating ceramics and the metal forming the sealing element are selected so that their thermal expansion coefficients are relatively close to each other. Since the coefficient of thermal expansion is set to be relatively similar, the coefficient of thermal expansion is increased in a high temperature environment such as the process of forming the sealing element, the airtightness / sealing process between the separators (brazing, etc.), or the process of power generation. The damage caused by the difference is completely avoided or eliminated, while the ferritic stainless steel has excellent corrosion resistance.
Even in a highly corrosive environment, which is the operating environment, there is no risk of corrosive damage, contributing to maintaining and exhibiting stable functions.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る燃料電池の構成に用いるシール要
素を構成するセラミックスおよび金属について温度と歪
み量の関係例を示す曲線図。
FIG. 1 is a curve diagram showing an example of the relationship between temperature and strain amount for ceramics and metals that form a sealing element used in the construction of a fuel cell according to the present invention.

【図2】本発明に係る燃料電池の構成に用いるシール要
素を構成するセラミックスおよび金属について温度と歪
み量の他の関係例を示す曲線図。
FIG. 2 is a curve diagram showing another example of the relationship between temperature and strain amount for ceramics and metals that form the sealing element used in the construction of the fuel cell according to the present invention.

【図3】本発明に係る燃料電池の要部構成例を示す断面
図。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration example of a main part of a fuel cell according to the present invention.

【図4】本発明に係る燃料電池の他の要部構成例を示す
断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another configuration example of the main part of the fuel cell according to the present invention.

【図5】本発明に係る燃料電池のさらに他の要部構成例
を示す断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing still another example of the main part configuration of the fuel cell according to the present invention.

【図6】積層型燃料電池の要部構成例を示す斜視図。FIG. 6 is a perspective view showing a configuration example of a main part of a stacked fuel cell.

【図7】図6のA−A線に沿った断面図。7 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

【図8】従来の燃料電池の構成に用いられているシール
要素を構成するセラミックスおよび金属について温度と
歪み量の他の関係例を示す曲線図。
FIG. 8 is a curve diagram showing another example of the relationship between temperature and strain amount for ceramics and metals that constitute the sealing element used in the configuration of the conventional fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,15…電解質板(層) 2,10…セパレータ 2a
…セパレータ本体部 3,3a,3b…酸化剤ガス系マニホールド 4,4a,4b
…燃料ガス系マニホールド 5…反応部 6,7,
15,16…対を成す電極 9,11,19…シール要素
9a…絶縁性リング 11a…絶縁性セラミックリング
11b…金属リング 11b′…応力緩和機構 11c
…ろう材 12…マニホールド 13…スペーサ 14
…エッジ板 18…アルミ拡散層 19a…断面C字形
金属Oリング 19b…セラミックス平板 19b…金
属平板
1, 15 ... Electrolyte plate (layer) 2, 10 ... Separator 2a
... Separator body 3,3a, 3b ... Oxidizer gas system manifold 4,4a, 4b
… Fuel gas system manifold 5… Reaction part 6, 7,
15, 16 ... Paired electrodes 9, 11, 19 ... Sealing element
9a ... Insulating ring 11a ... Insulating ceramic ring
11b ... Metal ring 11b '... Stress relaxation mechanism 11c
… Brazing material 12… Manifold 13… Spacer 14
・ ・ ・ Edge plate 18 ・ ・ ・ Aluminum diffusion layer 19a ・ ・ ・ C-shaped metal O ring 19b ・ ・ ・ Ceramic plate 19b ・ ・ ・ Metal plate

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電解質板の両主面側に接触して挟む一対
の正極および負極にそれぞれ接してガス路を形成するガ
チャンネル部を具備する単位電池間にセパレータを介在
させて積層して成る燃料電池において、 前記ガス路にそれぞれ酸化剤ガス・燃料ガスを交互に供
給するマニホールド部でガス路ごとに隣接するセパレー
タ間を、絶縁性セラミックス層およびこの絶縁性セラミ
ックスと相対的に熱膨脹係数が近似する金属層から成る
シール要素で密封した構成とすることを特徴とする燃料
電池。
1. A separator is interposed between unit cells having a gas channel portion that forms a gas path in contact with a pair of positive and negative electrodes that contact and sandwich both main surface sides of an electrolyte plate. In the fuel cell, the insulating ceramics layer and the thermal expansion coefficient are relatively close to those of the insulating ceramics between the adjacent separators for each gas passage in the manifold portion that alternately supplies the oxidant gas and the fuel gas to the gas passages. A fuel cell characterized in that it is sealed with a sealing element composed of a metal layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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