JPH06338340A - 外部マニホールド方式溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents

外部マニホールド方式溶融炭酸塩型燃料電池

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JPH06338340A
JPH06338340A JP5129570A JP12957093A JPH06338340A JP H06338340 A JPH06338340 A JP H06338340A JP 5129570 A JP5129570 A JP 5129570A JP 12957093 A JP12957093 A JP 12957093A JP H06338340 A JPH06338340 A JP H06338340A
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JP
Japan
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manifold
fuel cell
carbonate fuel
molten carbonate
frame
Prior art date
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Pending
Application number
JP5129570A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazushi Goto
一志 後藤
Yasuo Miyake
泰夫 三宅
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.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
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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

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶縁体であるセラミックス枠の破損を防止
し、信頼性の高いシールを有する外部マニホールド方式
溶融炭酸塩型燃料電池を提供することを目的とする。 【構成】 電池スタック2の側面に、セラミック製フェ
ルト3、及び、アルミナ製フレーム4を介しマニホール
ド1を取り付ける溶融炭酸塩型燃料電池において、マニ
ホールド1のセラミック製フェルト3との接触面側が弾
性力を有するメタル中空のOリング1dを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電池スタック積層面
に、ガスシール用シート、及び、絶縁体であるセラミッ
クス枠を介しガス給排用マニホールドを取り付ける外部
マニホールド方式溶融炭酸塩型燃料電池に関し、詳しく
は、そのマニホールドの構造に関す。
【0002】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、酸化ニッケル
を主成分とするカソード、ニッケルを主成分とするアノ
ード、及び、リチウムアルミネートと電解質(炭酸リチ
ウム、炭酸カリウム)からなる電解質板とを用いて構成
した単セルとガス分離板とを交互に積層してなる電池ス
タックの各周面にカソード、アノードにおいて用いられ
る反応ガスの給排用のマニホールドを取りつけて組み立
てられる。
【0003】上記した電池スタックへの反応ガス給排用
のマニホールドの取付けは、図7に示すように、マニホ
ールド61が金属製(ステンレス)であるため絶縁を保
つため、マニホールド61と電池スタック62との間
に、セラミックス枠であるアルミナ製フレーム63を介
して行われる。さらに、ガスのシールを行うためのガス
シール用シートとして、マニホールド61とアルミナ製
フレーム63との間、及び、アルミナ製フレーム63と
電池スタック62との間に、多孔質セラミック製フェル
ト64を設け、マニホールド61を電池スタック62の
方向に押しつけ締め付けることで取付けを行っていた。
【0004】また上記マニホールド61のアルミナ製フ
レーム63との接触部分はフランジ状に加工されてお
り、面で接触する構造となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の燃料電池では、電池運転中の温度上昇などによる熱
により、電池スタックとマニホールドとに微妙な伸びや
膨張の差に伴う歪みを生じる。マニホールドが電池スタ
ック方向に押さえつけられた状態でこのような歪みが生
じるとアルミナ製フレームに不均一な力が加わる。アル
ミナ製フレームはセラミックであるため、力が加わるこ
とによりひび等が入りやすく破損が生じる。
【0006】このようなアルミナ製フレームの破損が起
こると、ガスのリークが生じ、効率が低下するばかりで
なく、爆発を引き起こす可能性もあるという問題を有し
ている。本発明は上記問題点を解決するためになされた
ものであり絶縁体であるセラミックス枠の破損を防止
し、信頼性の高いシールを有する外部マニホールド方式
溶融炭酸塩型燃料電池を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1記載の発明では、電池スタック積層面に、ガ
スシール用シート、及び、絶縁体であるセラミックス枠
を介しガス給排用マニホールドを取り付ける溶融炭酸塩
型燃料電池において、マニホールドのセラミック枠との
接触面側が弾性力を有するメタル中空のOリングを備え
ていることを特徴とする外部マニホールド方式溶融炭酸
塩型燃料電池。
【0008】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
マニホールドのセラミック枠との接触面に溝が形成さ
れ、該溝に前記Oリングが嵌設されていることを特徴と
する。請求項3記載の発明では、請求項1記載のOリン
グが、マニホールドのセラミックス枠との接触面側部位
に一体形成されていることを特徴とする。請求項4の発
明では、電池スタック積層面に、ガスシール用シート、
及び、絶縁体であるセラミックス枠を介しガス給排用マ
ニホールドを取り付ける溶融炭酸塩型燃料電池におい
て、上記ガス給排用マニホールドの側面に、燃料電池と
マニホールド間における熱的歪みを吸収するためのベロ
ーズが設けてあることを特徴とする。
【0009】
【作用】上記のように構成することにより、以下のよう
な作用が得られる。上記したような熱による、歪みが生
じた場合、マニホールドのセラミックス枠との接触面側
に設けられたメタル中空Oリングが、その弾性力によっ
て、歪みを吸収する。これによりアルミナ製フレームへ
かかるマニホールドの歪みによる力は軽減し、アルミナ
製フレームの破損を防止することができた。
【0010】また、マニホールド側面にベローズ状の加
工を施した場合は、ベローズが伸び縮みすることにより
上記した歪みを吸収することができるので、上記と同様
にアルミナ製フレームへかかるマニホールドの歪みによ
る力は軽減し、アルミナ製フレームの破損を防止するこ
とができた。
【0011】
【実施例】本発明の実施例について、以下に説明を行
う。 (実施例1)本発明の一例にかかる実施例1について以
下に図1〜4を参照しながら説明を行う。
【0012】図1は、実施例1の外部マニホールド方式
溶融炭酸塩型燃料電池の上面概略図であり、図2は要部
断面図であり、図3はマニホールドのアルミナフレーム
接触面を示す図である。図1、2に示すように、本実施
例の燃料電池では、マニホールド1と電池スタック2と
の間には、電池スタック2側から順に、ガスシール用の
多孔質セラミック製フェルト3と、絶縁体であるアルミ
ナ製フレーム4とが介在している。
【0013】図2に示すように上記マニホールド1端部
には全周にわたってフランジ加工1aがなされおり、こ
のフランジ状に加工された部分1aの電池スタック側側
面1bの略中央部には、図3に示すように溝1cが凹設
されている。この溝とアルミナ製フレーム4との間に
は、溝1cに沿うような形状の弾力性を有する金属製の
中空Oリング1dが設けられている。前記溝の幅nは中
空Oリング1d直径と略同じ幅であり、深さhは直径よ
り若干短くなっている。
【0014】また、上記アルミナ製フレーム4は、金属
製のマニホールド1と電池スタック2とが電気的に接触
しないように設けられているものであり、アルミナ製フ
レーム4のマニホールド1と対向する側面は、図3に示
すマニホールドの電池スタック側側面1bと同じ、閉じ
た矩形をしている。さらに、ガスシール用の多孔質セラ
ミック製フェルト3のアルミナ製フレーム4と対向する
側面も上記アルミナ製フレーム4と同じで矩形ある。
【0015】上記構成の燃料電池は、電池スタック2側
面に電池スタック側から順にガスシール用の多孔質セラ
ミック製フェルト3と、アルミナ製フレーム4と、溝1
cに弾力製を有する金属製の中空Oリング1dを嵌設さ
せたマニホールド1とを設け、図4に示すようにそれぞ
れのマニホールド1の側面の上下に突出したつば部41
を設け、対向するつば部41にロッド42を貫通させ、
つば部41から外側に突出したロッド42に中空のパイ
プ43を遊嵌し、さらにバネ44を介してナット45を
設けた締め付け手段を用い、マニホールド1両側面方向
からかかるバネ44の弾性力により、上記した各部材を
締め付け作製されている。
【0016】このように部材を締め付け、マニホールド
1が電池スタック2に取付けられた状態では、中空Oリ
ング6は歪んだ状態でフランジ部分とセラミック製フレ
ーム4は接した状態にある。このとき、フランジ部分と
接している部分のセラミック製フレーム4部分には締め
付けた際の圧力は殆ど掛かっていない状態になってい
る。尚、電池作製時の締め付けの圧力は12kg/cm
2 で行った。
【0017】上記のような外部マニホールド方式溶融炭
酸塩型燃料電池を以下(a1 )電池と称する。 (実施例2)本発明の一例に係る実施例2について、以
下に図面を参照しながら説明を行う。図5は実施例2の
外部マニホールド方式溶融炭酸塩型燃料電池の断面図で
ある。但し、実施例1と同様の部材については同様の符
号を付した。
【0018】図5にしめすように、マニホールド21と
電池スタック2の間には、電池スタック2側から順にガ
スシール用多孔質セラミック製フェルト3と、絶縁体で
あるアルミナ製フレーム4と、さらにガスシール用多孔
質セラミック製フェルト3とが介在している。上記マニ
ホールド21の端部のアルミナ製フレーム接触部分には
フランジ加工21aがなされており、さらにマニホール
ドの電池スタックの側面と対向しない側面は、ベローズ
状の加工21bがなされている。上記ベローズ状に加工
された部分の弾力性は、マニホールド取り付けの際の締
め付け圧によって押圧されてもベローズが縮みきること
はなく、しかもマニホールドの歪みを吸収するようなも
のである。
【0019】上記ような構成の燃料電池は電池スタック
の側面に、電池スタック2側から順に多孔質セラミック
製フェルト3と、絶縁体であるアルミナ製フレーム4
と、多孔質セラミック製フェルト3と、側面にベローズ
加工が施されたマニホールド21を設け、上記実施例1
と同様に、締め付けの圧力12kg/cm2 で締め付け
ることで作製される。
【0020】このような外部マニホールド方式溶融炭酸
塩型燃料電池を以下、(a2 )電池と称する。 (実施例3)本発明の一例に係る実施例3について、以
下に図面を参照しながら説明を行う。図6は実施例3の
外部マニホールド方式溶融炭酸塩型燃料電池の断面図で
ある。但し、実施例1と同様の部材については同様の符
号を付した。
【0021】図6にしめすように、マニホールド31
と、電池スタック2との間には、電池スタック側から順
にガスシール用多孔質セラミック製フェルト3と、絶縁
体であるアルミナ製フレーム4とが介在している。上記
マニホールド31の電池スタック側端部は、弾力性を有
する金属製の中空のOリング31aとなっている。
【0022】上記マニホールド31は、マニホールドの
端部の全周にわたって弾力性のある金属製の中空のOリ
ングを溶接することにより作製される。上記のような構
成の電池は、電池スタック2側面に、多孔質セラミック
製フェルト3と、絶縁体であるアルミナ製フレーム4
と、マニホールド31を設け、上記実施例1と同様に締
め付けることにより作製される。
【0023】このような燃料電池を以下、(a3 )電池
と称する。 (比較例)図7にしめすように、マニホールドの側面に
ベローズ状の加工を施さない以外は、上記実施例2と同
様に電池の作成を行った。このような電池を以下(x)
電池と称する。 (実験1)実施例の(a1 )〜(a3 )電池、比較例の
(x)電池を用いて、シール性能を調べたので、以下に
この結果を示す。
【0024】尚、実験方法としては、先ず、密閉された
状態でガスが充填され内圧が25mmH2 Oの状態にあ
るマニホールドを用意し、このマニホールド内の圧力を
マノメータを用いて測定し、この内圧を上記した一定値
に保つためにマニホールド内に供給したガス量を測定し
シール性能を調べた。実験の結果は、本発明の電池は従
来のものと変わらず何れの電池もリーク量が約0.5c
c/min/cmであり、シール性能の点で十分使用可
能で有るこがわかった。 (実験2)上記実施例の(a1 )〜(a3 )電池、比較
例の(x)電池を用いて、電池のを昇温、降温させた場
合のアルミナ製フレームの破損状況について調べたので
以下にその結果を示す。
【0025】尚、実験方法としては、それぞれの電池の
温度を室温から650℃まで20℃/hrの割合で昇温
し、650℃になったら室温になるまで昇温時と同じ割
合で降温を行うというサーマルサイクルを10回繰り返
し、アルミナ製フレームにクラック等の破損が起きたか
どうか目視による確認を行った。比較例の(x)電池で
は、サーマルサイクルを3〜4回繰り返した時点で、ア
ルミナ製フレームにクラックが生じた。
【0026】一方、本実施例の(a1 )〜(a3 )電池
では、上記したようなサーマルサイクルを10回繰り返
してもクラックは生じなかった。 (その他の事項)上記実施例では、電池作製時の締め付
け圧力を12kg/cm2 で行ったが、実施例1の(a
1 )電池については、マニホールドの締め付け圧力を5
kg/cm2 程度、また実施例3の(a3 )電池につい
ては、マニホールドの締め付け圧力を6kg/cm2
度にしても使用可能であった。このように締め付け圧力
を軽減すると、従来の締め付け圧に耐えられるような強
度が必要なくなり、マニホールドの軽量化・小型化を図
ることができる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
メタル中空Oリングの弾性力或いは、マニホールドのベ
ローズ状の部分の弾性力が燃料電池の熱によるマニホー
ルドの歪みを吸収する。したがって、上記マニホールド
の歪みによって絶縁体であるセラミックス枠に掛かる力
が軽減された。
【0028】これらのことから、上記セラミックス枠の
破損が防止でき、信頼性の高いシールを有する外部マニ
ホールド方式溶融炭酸塩型燃料電池を提供できるといっ
た効果を奏した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例にかかる実施例1の外部マニホー
ルド方式溶融炭酸塩型燃料電池の上面概略図である。
【図2】本発明の一例にかかる実施例1の外部マニホー
ルド方式溶融炭酸塩型燃料電池断面図である。
【図3】本発明の一例にかかる実施例1のマニホールド
を示す図である。
【図4】本発明の一例にかかる実施例1の外部マニホー
ルド方式溶融炭酸塩型燃料電池の側面概略図である。
【図5】本発明の一例にかかる実施例2の外部マニホー
ルド方式溶融炭酸塩型燃料電池の断面図である。
【図6】本発明の一例にかかる実施例3の外部マニホー
ルド方式溶融炭酸塩型燃料電池の断面図である。
【図7】従来の外部マニホールド方式溶融炭酸塩型燃料
電池の断面図である。
【符号の説明】
1 マニホールド 2 電池スタック 3 セラミック製フェルト 4 アルミナ製フレーム 21 マニホールド 31 マニホールド

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池スタック積層面に、ガスシール用シ
    ート、及び、絶縁体であるセラミックス枠を介しガス給
    排用マニホールドを取り付ける溶融炭酸塩型燃料電池に
    おいて、 マニホールドのセラミックス枠との接触面側が弾性力を
    有するメタル中空のOリングを備えていることを特徴と
    する外部マニホールド方式溶融炭酸塩型燃料電池。
  2. 【請求項2】 マニホールドのセラミックス枠との接触
    面に溝が形成され、該溝に前記Oリングが嵌設されてい
    ることを特徴とする請求項1記載の外部マニホールド方
    式溶融炭酸塩型燃料電池。
  3. 【請求項3】 前記Oリングは、マニホールドのセラミ
    ックス枠との接触面側部位に一体形成されていることを
    特徴とする請求項1記載の外部マニホールド方式溶融炭
    酸塩型燃料電池。
  4. 【請求項4】 電池スタック積層面に、ガスシール用シ
    ート、及び、絶縁体であるセラミックス枠を介しガス給
    排用マニホールドを取り付ける溶融炭酸塩型燃料電池に
    おいて、 上記ガス給排用マニホールドの側面に、燃料電池とマニ
    ホールド間における熱的歪みを吸収するためのベローズ
    が設けてあることを特徴とする外部マニホールド方式溶
    融炭酸塩型燃料電池。
JP5129570A 1993-05-31 1993-05-31 外部マニホールド方式溶融炭酸塩型燃料電池 Pending JPH06338340A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7125628B2 (en) 2001-07-23 2006-10-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Battery pack with pressurized terminal plates
JP2006528822A (ja) * 2003-07-25 2006-12-21 フュエルセル エナジー, インコーポレイテッド マニホールドガスケットアセンブリおよび燃料電池スタックアセンブリ
JP2008525963A (ja) * 2004-12-27 2008-07-17 フュエルセル エナジー, インコーポレイテッド 燃料電池スタックの動きの相違に対応するマニホルドガスケット

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006528822A (ja) * 2003-07-25 2006-12-21 フュエルセル エナジー, インコーポレイテッド マニホールドガスケットアセンブリおよび燃料電池スタックアセンブリ
JP2008525963A (ja) * 2004-12-27 2008-07-17 フュエルセル エナジー, インコーポレイテッド 燃料電池スタックの動きの相違に対応するマニホルドガスケット

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