JPH07111158A - 固体燃料電池用インターコネクタおよび固体燃料電池モジュール - Google Patents
固体燃料電池用インターコネクタおよび固体燃料電池モジュールInfo
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- JPH07111158A JPH07111158A JP5280242A JP28024293A JPH07111158A JP H07111158 A JPH07111158 A JP H07111158A JP 5280242 A JP5280242 A JP 5280242A JP 28024293 A JP28024293 A JP 28024293A JP H07111158 A JPH07111158 A JP H07111158A
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- H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
- H01M8/2485—Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】平板単セルをインターコネクタを介してスタッ
ク化した場合にガスシールの容易なインターコネクタお
よび燃料電池モジュールの構成を提供する。 【構成】インターコネクタにおいて、基板の最外部に位
置するガス流路用溝２１の両端が、隣接するガス流路用
溝２２に接続されていることを特徴とする。モジュール
において、前記ガスマニホールドの前記セルスタックに
接する部位に、ガラス融液溜まり溶の溝が設けられてな
ることを特徴とする。モジュールにおいて、ガスマニホ
ールドの熱膨張係数が、前記セルスタックの熱膨張係数
よりも小なることを特徴とする。 【効果】従来問題とされてきた平板型ＳＯＦＣのガスシ
ールを容易に提供することが可能になり、円筒型ＳＯＦ
Ｃに比較して発電密度が大きくなる平板型ＳＯＦＣの利
点を生かしたシステムを実現できる。
ク化した場合にガスシールの容易なインターコネクタお
よび燃料電池モジュールの構成を提供する。 【構成】インターコネクタにおいて、基板の最外部に位
置するガス流路用溝２１の両端が、隣接するガス流路用
溝２２に接続されていることを特徴とする。モジュール
において、前記ガスマニホールドの前記セルスタックに
接する部位に、ガラス融液溜まり溶の溝が設けられてな
ることを特徴とする。モジュールにおいて、ガスマニホ
ールドの熱膨張係数が、前記セルスタックの熱膨張係数
よりも小なることを特徴とする。 【効果】従来問題とされてきた平板型ＳＯＦＣのガスシ
ールを容易に提供することが可能になり、円筒型ＳＯＦ
Ｃに比較して発電密度が大きくなる平板型ＳＯＦＣの利
点を生かしたシステムを実現できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体燃料電池用インタ
ーコネクタおよび前記インターコネクタを使用した固体
燃料電池モジュールに関するものである。さらに詳細に
は、平板型固体燃料電池と分類されるもののうち、単セ
ルとインターコネクタの積層によってセルスタックが構
成され、ガスマニホールドがそのセルスタックの外側に
存在する形式のインターコネクタおよび平板型固体燃料
電池モジュールに関するものである。
ーコネクタおよび前記インターコネクタを使用した固体
燃料電池モジュールに関するものである。さらに詳細に
は、平板型固体燃料電池と分類されるもののうち、単セ
ルとインターコネクタの積層によってセルスタックが構
成され、ガスマニホールドがそのセルスタックの外側に
存在する形式のインターコネクタおよび平板型固体燃料
電池モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術および問題点】従来の平板単セルを用いた
固体燃料電池では、インターコネクタ７１は図７、８に
示すように燃料流路７２および空気流路７３のガス流路
として溝を表裏に作成したものを使用していた。したが
って、インターコネクタ７１、単セル７５を積層し、そ
の積層体両側に集電板７６を設けてスタックを作製した
ときには図９、図１０、図１１に示すようにガスマニホ
ールド側の全面にガス流路７２、７３の入り口ができ
る。そのため、円筒型のガスマニホールド７７にセルス
タック７８を組み合わせた場合のガスシール７４は、セ
ルスタック７８が円筒に内接する、ガスの出入り口のな
い限られた部分で行なわれるためこのガスシールは、作
製上難しい部分であった。なお、７９は燃料給気ダク
ト、７１０は燃料排気ダクト、７１１は空気給気ダク
ト、７１２は空気排気ダクトである。
固体燃料電池では、インターコネクタ７１は図７、８に
示すように燃料流路７２および空気流路７３のガス流路
として溝を表裏に作成したものを使用していた。したが
って、インターコネクタ７１、単セル７５を積層し、そ
の積層体両側に集電板７６を設けてスタックを作製した
ときには図９、図１０、図１１に示すようにガスマニホ
ールド側の全面にガス流路７２、７３の入り口ができ
る。そのため、円筒型のガスマニホールド７７にセルス
タック７８を組み合わせた場合のガスシール７４は、セ
ルスタック７８が円筒に内接する、ガスの出入り口のな
い限られた部分で行なわれるためこのガスシールは、作
製上難しい部分であった。なお、７９は燃料給気ダク
ト、７１０は燃料排気ダクト、７１１は空気給気ダク
ト、７１２は空気排気ダクトである。
【０００３】この場合、問題となっているのは円筒型の
ガスマニホールド７７とセルスタック７８の接点が少な
いために、ガスシール部７４のガスシールドが不十分に
なることである。一方、ガスシールが容易なようにガス
マニホールド７７とスタック７８の接する領域を増やす
と、セルの端の部分へのガスの供給ができなくなりセル
スタックの発電効率が低下してしまう。
ガスマニホールド７７とセルスタック７８の接点が少な
いために、ガスシール部７４のガスシールドが不十分に
なることである。一方、ガスシールが容易なようにガス
マニホールド７７とスタック７８の接する領域を増やす
と、セルの端の部分へのガスの供給ができなくなりセル
スタックの発電効率が低下してしまう。
【０００４】従来のセルスタックモジュールにはガラス
融液シールが用いられているが、ガラス融液を保持する
ことが難しく、技術上の問題点になっていた。
融液シールが用いられているが、ガラス融液を保持する
ことが難しく、技術上の問題点になっていた。
【０００５】
【発明の目的】本発明の目的は、平板単セルをインター
コネクタを介してスタック化した場合にガスシールの容
易なインターコネクタおよび燃料電池モジュールの構成
を提供することにある。
コネクタを介してスタック化した場合にガスシールの容
易なインターコネクタおよび燃料電池モジュールの構成
を提供することにある。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】上記問題点を解決する
ため、本発明の固体燃料電池用インターコネクタは、イ
ンターコネクタ用基板の表面に複数本のガス流路用溝が
形成されてなる固体燃料電池用インターコネクタにおい
て、前記基板の最外部に位置するガス流路用溝の両端
が、隣接するガス流路用溝に接続されてなることを特徴
とする。
ため、本発明の固体燃料電池用インターコネクタは、イ
ンターコネクタ用基板の表面に複数本のガス流路用溝が
形成されてなる固体燃料電池用インターコネクタにおい
て、前記基板の最外部に位置するガス流路用溝の両端
が、隣接するガス流路用溝に接続されてなることを特徴
とする。
【０００７】また、本発明の固体燃料電池モジュール
は、単セルとインターコネクタからなるセルスタックが
ガスマニホールドに内接してなる固体燃料電池モジュー
ルにおいて、前記ガスマニホールドの前記セルスタック
に接する部位に、ガラス融液溜まり用の溝が設けられて
なることを特徴とする。
は、単セルとインターコネクタからなるセルスタックが
ガスマニホールドに内接してなる固体燃料電池モジュー
ルにおいて、前記ガスマニホールドの前記セルスタック
に接する部位に、ガラス融液溜まり用の溝が設けられて
なることを特徴とする。
【０００８】さらに、本発明の固体燃料電池モジュール
は、単セルとインターコネクタからなるセルスタックが
ガスマニホールドに内接してなる固体燃料電池モジュー
ルにおいて、前記ガスマニホールドの熱膨張係数が、前
記セルスタックの熱膨張係数よりも小なることを特徴と
する。
は、単セルとインターコネクタからなるセルスタックが
ガスマニホールドに内接してなる固体燃料電池モジュー
ルにおいて、前記ガスマニホールドの熱膨張係数が、前
記セルスタックの熱膨張係数よりも小なることを特徴と
する。
【０００９】本発明においては、上記の問題点を解決す
るためにガスシールの方法について多面的な考察を行な
い、以下のような手段を用いることによって解決を図っ
た。まず、ガスシールに必要なスタックとマニホールド
の接触面積を多くした場合に、単セルの端にガスが供給
されなくなることを防ぐために、インターコネクタ１の
ガス流路（燃料流路２、空気流路３）の構造を改良し
た。
るためにガスシールの方法について多面的な考察を行な
い、以下のような手段を用いることによって解決を図っ
た。まず、ガスシールに必要なスタックとマニホールド
の接触面積を多くした場合に、単セルの端にガスが供給
されなくなることを防ぐために、インターコネクタ１の
ガス流路（燃料流路２、空気流路３）の構造を改良し
た。
【００１０】すなわち図１、図２、に示すようにガスマ
ニホールド側の給排気口に対応する最外部流路２１、３
１をそれぞれ隣接する隣接流路２２、３２に集めること
でインターコネクタ１の４隅部分に給排気口のない部分
を設けた。これによって、図３、図４に示すごとく、改
良型のインターコネクタ１を使用してセルスタック８を
構成することができ、充分な大きさの、スタック８とマ
ニホールド７の接触部をもつセルスタックが提供でき
た。このセルスタックと円筒型マニホールドを組み合わ
せた場合、図５に示されるように図１１と比較してガス
シールに寄与する部分が多くなっても単セル全面にガス
が供給される燃料電池セルスタックモジュールが提供で
きる。
ニホールド側の給排気口に対応する最外部流路２１、３
１をそれぞれ隣接する隣接流路２２、３２に集めること
でインターコネクタ１の４隅部分に給排気口のない部分
を設けた。これによって、図３、図４に示すごとく、改
良型のインターコネクタ１を使用してセルスタック８を
構成することができ、充分な大きさの、スタック８とマ
ニホールド７の接触部をもつセルスタックが提供でき
た。このセルスタックと円筒型マニホールドを組み合わ
せた場合、図５に示されるように図１１と比較してガス
シールに寄与する部分が多くなっても単セル全面にガス
が供給される燃料電池セルスタックモジュールが提供で
きる。
【００１１】また、ガラス融液シールを使用する場合
に、図６に示すようにガラス融液の保持が容易なように
ガスマニホールド側にガラス溜まり１３を設ける構造も
発明した。
に、図６に示すようにガラス融液の保持が容易なように
ガスマニホールド側にガラス溜まり１３を設ける構造も
発明した。
【００１２】ガスシールを行なうためには、スタックと
マニホールドのクリアランスを充分に小さくすればよ
い。したがって、マニホールドの熱膨張係数をセルスタ
ックのそれより小さくすることで、両者の熱膨張係数の
差によって高温でのクリアランスを小さくするセルスタ
ックモジュールの構成を提供した。
マニホールドのクリアランスを充分に小さくすればよ
い。したがって、マニホールドの熱膨張係数をセルスタ
ックのそれより小さくすることで、両者の熱膨張係数の
差によって高温でのクリアランスを小さくするセルスタ
ックモジュールの構成を提供した。
【００１３】
【作用】本発明で提案された改良型インターコネクタを
用いることで、ガスシール部の面積を大きくした場合で
も単セル全面にガスを供給することが可能になり、単セ
ルの有効面積が減らず発電密度の低下が防がれる。
用いることで、ガスシール部の面積を大きくした場合で
も単セル全面にガスを供給することが可能になり、単セ
ルの有効面積が減らず発電密度の低下が防がれる。
【００１４】ガラス溜まりを用いることでマニホールド
への加工だけで、ガラス融液シールを導入することがで
きる。また改良型単セルと組み合わせることで、ガスシ
ール部にガラス融液シールを行なうためのガラス溜まり
を作ることが容易になり、ガラス融液シールでガスシー
ルを行なう構成の燃料電池モジュールを容易に提供でき
る。
への加工だけで、ガラス融液シールを導入することがで
きる。また改良型単セルと組み合わせることで、ガスシ
ール部にガラス融液シールを行なうためのガラス溜まり
を作ることが容易になり、ガラス融液シールでガスシー
ルを行なう構成の燃料電池モジュールを容易に提供でき
る。
【００１５】マニホールドの熱膨張係数をセルスタック
より小さくし、室温のガスシール部のクリアランスを最
適化することによって、燃料電池の動作温度におけるク
リアランスを充分に小さく押さえることでガスシールを
実現できる。この場合、室温における両者のクリアラン
スが熱膨張差を利用しない場合に比べて大きくなるた
め、セルスタックモジュールを組み上げる工程での作業
性が向上する。さらに、ガラスのようなシール材を使用
しない場合には、一旦高温で作動させた後の室温での解
体が容易に行なえる利点も有する。また本発明の改良型
インターコネクタと組み合わせることで、より確実なガ
スシールを実現することが可能である。
より小さくし、室温のガスシール部のクリアランスを最
適化することによって、燃料電池の動作温度におけるク
リアランスを充分に小さく押さえることでガスシールを
実現できる。この場合、室温における両者のクリアラン
スが熱膨張差を利用しない場合に比べて大きくなるた
め、セルスタックモジュールを組み上げる工程での作業
性が向上する。さらに、ガラスのようなシール材を使用
しない場合には、一旦高温で作動させた後の室温での解
体が容易に行なえる利点も有する。また本発明の改良型
インターコネクタと組み合わせることで、より確実なガ
スシールを実現することが可能である。
【００１６】改良型セルスタックおよび熱膨張差利用ガ
スシールにさらにガラス融液シールを組み合わせた場合
でも、室温におけるクリアランスに比べ動作温度でのク
リアランスを小さくできることで、必要最小限のガラス
で確実な融液シールを提供できる。
スシールにさらにガラス融液シールを組み合わせた場合
でも、室温におけるクリアランスに比べ動作温度でのク
リアランスを小さくできることで、必要最小限のガラス
で確実な融液シールを提供できる。
【００１７】
【実施例１】一辺５０ｍｍの正方形ＹＳＺ電解質板（板
厚２００μｍ）に、燃料極としてＮｉ−ＹＳＺ（ＮｉＯ
として６０Weigth％）をスクリーン印刷によって塗布し
１３５０℃で焼成し、空気極としてＬａ0.8Ｓｒ0.2Ｍｎ
Ｏ3を同様にスクリーン印刷によって塗布し１２００℃
で焼成して単セルを構成した。インターコネクタ１とし
てはＬａＣｒＯ3を１６００℃で焼成して作成した図
１、図２に示される構造の板を用いた。図３、図４に示
すように単セル４、インターコネクタ１の順番に１０組
重ね合わせてスタックを構成し、一番下と一番上に片面
だけに図３、図４に示されるような溝２、３を形成した
ＬａＣｒＯ3製の集電板５を加えてアルミナ製のマニホ
ールド７に挿入した。さらに、上下の集電板５をアルミ
ナ製の蓋を介して上下から挟んでセルスタックモジュー
ルを構成した。
厚２００μｍ）に、燃料極としてＮｉ−ＹＳＺ（ＮｉＯ
として６０Weigth％）をスクリーン印刷によって塗布し
１３５０℃で焼成し、空気極としてＬａ0.8Ｓｒ0.2Ｍｎ
Ｏ3を同様にスクリーン印刷によって塗布し１２００℃
で焼成して単セルを構成した。インターコネクタ１とし
てはＬａＣｒＯ3を１６００℃で焼成して作成した図
１、図２に示される構造の板を用いた。図３、図４に示
すように単セル４、インターコネクタ１の順番に１０組
重ね合わせてスタックを構成し、一番下と一番上に片面
だけに図３、図４に示されるような溝２、３を形成した
ＬａＣｒＯ3製の集電板５を加えてアルミナ製のマニホ
ールド７に挿入した。さらに、上下の集電板５をアルミ
ナ製の蓋を介して上下から挟んでセルスタックモジュー
ルを構成した。
【００１８】燃料の水素と酸素は、下側の蓋にあけられ
たガス給排気ポートより供給され反対側から排気され
る。セルスタック８とマニホールド７との接触部の長さ
が約６ミリ得られるようにマニホールド７の内径を設定
した。同様にして従来型の直線的なガス流路を設けたイ
ンターコネクタ７１を用いたセルスタック７８について
もマニホールド７７に組み合わせてセルスタックモジュ
ールを構成した。従来型の場合にはガス流路が塞がれな
いように接触部の長さは約２ミリになるようにマニホー
ルド内径を設定した。直線的なガス流路を設けたインタ
ーコネクタと本発明で提案されたインターコネクタにお
けるガスの漏れについて、次に示すような方法で測定を
行なった。燃料極側にヘリウム、酸素極側に窒素を流し
て、それぞれの排気中に含まれる漏れガス濃度をマスフ
ィルタを用いて測定した。それぞれの流量は等しく、ガ
ス圧は等しくした場合と圧力差をつけた場合について測
定を行なった。得られた測定結果を表１に示す。
たガス給排気ポートより供給され反対側から排気され
る。セルスタック８とマニホールド７との接触部の長さ
が約６ミリ得られるようにマニホールド７の内径を設定
した。同様にして従来型の直線的なガス流路を設けたイ
ンターコネクタ７１を用いたセルスタック７８について
もマニホールド７７に組み合わせてセルスタックモジュ
ールを構成した。従来型の場合にはガス流路が塞がれな
いように接触部の長さは約２ミリになるようにマニホー
ルド内径を設定した。直線的なガス流路を設けたインタ
ーコネクタと本発明で提案されたインターコネクタにお
けるガスの漏れについて、次に示すような方法で測定を
行なった。燃料極側にヘリウム、酸素極側に窒素を流し
て、それぞれの排気中に含まれる漏れガス濃度をマスフ
ィルタを用いて測定した。それぞれの流量は等しく、ガ
ス圧は等しくした場合と圧力差をつけた場合について測
定を行なった。得られた測定結果を表１に示す。
【００１９】
【００２０】表より明らかなように本発明によるインタ
ーコネクタの改良とマニホールドの最適化によって従来
型のセルスタックモジュールの３割程度のガス漏れに抑
えることが可能である。ガス圧を等圧にして運転するな
らば、特別なガスシールを必要としないほど、良好な結
果が得られた。この場合、ガスシール部の面積を増加さ
せたことがガスシール性の向上に寄与していると考えら
れるため、改良型セルスタックモジュールに使用したマ
ニホールドと従来型セルスタックの組み合わせと改良型
セルスタックモジュールについて発電試験を行なった。
その結果、改良型セルスタックで０．５Ｗ／ｃｍ2、改
良型セルスタックモジュール使用したマニホールドと従
来型セルスタックの組み合わせで０．４Ｗ／ｃｍ2の発
電密度が測定された。この場合の発電密度の差は、従来
型のセルスタックでは両端のガス流路にガスが流れず発
電に寄与する電極面積が減少したことによる。すなわ
ち、本発明の改良型セルスタックモジュールでは発電密
度を下げずに有効なガスシールを提供することができ
る。
ーコネクタの改良とマニホールドの最適化によって従来
型のセルスタックモジュールの３割程度のガス漏れに抑
えることが可能である。ガス圧を等圧にして運転するな
らば、特別なガスシールを必要としないほど、良好な結
果が得られた。この場合、ガスシール部の面積を増加さ
せたことがガスシール性の向上に寄与していると考えら
れるため、改良型セルスタックモジュールに使用したマ
ニホールドと従来型セルスタックの組み合わせと改良型
セルスタックモジュールについて発電試験を行なった。
その結果、改良型セルスタックで０．５Ｗ／ｃｍ2、改
良型セルスタックモジュール使用したマニホールドと従
来型セルスタックの組み合わせで０．４Ｗ／ｃｍ2の発
電密度が測定された。この場合の発電密度の差は、従来
型のセルスタックでは両端のガス流路にガスが流れず発
電に寄与する電極面積が減少したことによる。すなわ
ち、本発明の改良型セルスタックモジュールでは発電密
度を下げずに有効なガスシールを提供することができ
る。
【００２１】このガスシールは単セルの形状が正方形と
異なる場合、ガスマニホールドを円形から楕円あるいは
セルスタックに外接する適当な形状に変形させること
で、正方形の場合と同様に良好な結果を得ることができ
る。本実施例では、インターコネクタにガス流路を掘り
込んでいるが、充分に厚い電極材料にガス流路を掘り込
んで平板のインターコネクタと組み合わせてセルスタッ
クを構成した場合についても同様の効果を得ることがで
きる。
異なる場合、ガスマニホールドを円形から楕円あるいは
セルスタックに外接する適当な形状に変形させること
で、正方形の場合と同様に良好な結果を得ることができ
る。本実施例では、インターコネクタにガス流路を掘り
込んでいるが、充分に厚い電極材料にガス流路を掘り込
んで平板のインターコネクタと組み合わせてセルスタッ
クを構成した場合についても同様の効果を得ることがで
きる。
【００２２】
【実施例２】実施例１で用いた従来型のセルスタックモ
ジュールを用いて、ガラス融液シールを実現した。実施
例１で用いたものと同じサイズのマニホールドの図６に
示されるマニホールドの角型の切り込み部に、ガラス融
液をためるための円筒型切り込み１３を追加したもので
ある。この溝に室温においてガラス粉末を充填して高温
にあげることによってガラス融液シールを施した。この
場合のガスシール部からのガス漏れについて実施例１に
おける測定方法を用いて測定した結果を表２に示す。
ジュールを用いて、ガラス融液シールを実現した。実施
例１で用いたものと同じサイズのマニホールドの図６に
示されるマニホールドの角型の切り込み部に、ガラス融
液をためるための円筒型切り込み１３を追加したもので
ある。この溝に室温においてガラス粉末を充填して高温
にあげることによってガラス融液シールを施した。この
場合のガスシール部からのガス漏れについて実施例１に
おける測定方法を用いて測定した結果を表２に示す。
【００２３】
【００２４】測定結果から明らかなように、ガラス融液
シールを施すことによって改良型セルスタックモジュー
ルは高温においてガスに圧力差がある条件においても充
分なシール性を発揮している。本発明によれば、ガスシ
ール部に容易にガラス融液溜まりを構成できるために従
来の方法によるセルスタックに比べて簡単にガラスシー
ルが施された、セルスタックモジュールが提供できる。
また、このガラスシールは、ガラスの融点を調整するこ
とでＳＯＦＣの動作温度の変化に対応することができ
る。
シールを施すことによって改良型セルスタックモジュー
ルは高温においてガスに圧力差がある条件においても充
分なシール性を発揮している。本発明によれば、ガスシ
ール部に容易にガラス融液溜まりを構成できるために従
来の方法によるセルスタックに比べて簡単にガラスシー
ルが施された、セルスタックモジュールが提供できる。
また、このガラスシールは、ガラスの融点を調整するこ
とでＳＯＦＣの動作温度の変化に対応することができ
る。
【００２５】このガラス融液シールは、単セルの形状が
正方形と異なる場合、ガスマニホールドを円形から楕円
あるいはセルスタックに外接する適当な形状に変形させ
ることで、正方形の場合と同様に良好な結果が得られ
る。また、ガラス融液溜まりの形状については円筒形に
限定されるものではなく他の形状においても本発明の特
性は失われない。
正方形と異なる場合、ガスマニホールドを円形から楕円
あるいはセルスタックに外接する適当な形状に変形させ
ることで、正方形の場合と同様に良好な結果が得られ
る。また、ガラス融液溜まりの形状については円筒形に
限定されるものではなく他の形状においても本発明の特
性は失われない。
【００２６】
【実施例３】実施例１に示したように、本発明における
改良型セルスタックを使用することによって、良好なガ
スシールが得られたが、燃料電池の運転形態からガス圧
を等圧に保つことは事実上困難であるので、圧力差があ
る場合でも良好なガスシールが必要となる。実施例２で
用いたガラス融液シールを組み合わせることでさらに良
好なガスシールを実現できる。改良型セルスタックでは
接触部が長いためにガラス融液溜まりを容易に設けるこ
とが可能であり、ガラス融液の漏れについても接触部が
長いためほとんど問題となならない。よって、本発明の
改良型セルスタックを用いることでガラス融液シール型
燃料電池セルモジュールを簡単に構成できる。
改良型セルスタックを使用することによって、良好なガ
スシールが得られたが、燃料電池の運転形態からガス圧
を等圧に保つことは事実上困難であるので、圧力差があ
る場合でも良好なガスシールが必要となる。実施例２で
用いたガラス融液シールを組み合わせることでさらに良
好なガスシールを実現できる。改良型セルスタックでは
接触部が長いためにガラス融液溜まりを容易に設けるこ
とが可能であり、ガラス融液の漏れについても接触部が
長いためほとんど問題となならない。よって、本発明の
改良型セルスタックを用いることでガラス融液シール型
燃料電池セルモジュールを簡単に構成できる。
【００２７】実施例１において作製した改良型セルモジ
ュールにおいて、図６に示すようにマニホールドの角型
の切り込み部に、ガラス融液をためるための円筒型きり
込み状の溝１３を追加した。この溝に室温においてガラ
ス粉末を充填して高温にあげることによってガラス融液
シールを施した。この場合のシール部からのガス漏れに
ついて実施例１における測定方法を用いて測定した結果
を表３に示す。
ュールにおいて、図６に示すようにマニホールドの角型
の切り込み部に、ガラス融液をためるための円筒型きり
込み状の溝１３を追加した。この溝に室温においてガラ
ス粉末を充填して高温にあげることによってガラス融液
シールを施した。この場合のシール部からのガス漏れに
ついて実施例１における測定方法を用いて測定した結果
を表３に示す。
【００２８】
【００２９】測定結果から明らかなように、実施例２に
ある従来型セルスタックにガラス融液シールを施す場合
よりも、改良型セルスタックにガラス融液シールを施し
たほうがより良いガスシールが提供される。また、この
ガラスシールは、ガラスの融点を調整することでＳＯＦ
Ｃの動作温度の変化に対応することができる。
ある従来型セルスタックにガラス融液シールを施す場合
よりも、改良型セルスタックにガラス融液シールを施し
たほうがより良いガスシールが提供される。また、この
ガラスシールは、ガラスの融点を調整することでＳＯＦ
Ｃの動作温度の変化に対応することができる。
【００３０】このガラス融液シールは、単セルの形状が
正方形と異なる場合、ガスマニホールドを円形から楕円
あるいはセルスタックに外接する適当な形状に変形させ
ることで、正方形の場合と同様に良好な結果が得られ
る。また、ガラス融液溜まりの形状については円筒形に
限定されるものではなく他の形状においても本発明の特
性は失われない。
正方形と異なる場合、ガスマニホールドを円形から楕円
あるいはセルスタックに外接する適当な形状に変形させ
ることで、正方形の場合と同様に良好な結果が得られ
る。また、ガラス融液溜まりの形状については円筒形に
限定されるものではなく他の形状においても本発明の特
性は失われない。
【００３１】
【実施例４】実施例１におけるセルスタック８とマニホ
ールド７との接触部のクリアランスを充分小さくするこ
とによって、差圧状態でも充分機能するガスシールを実
現できる。一方、室温ではセルスタックモジュールの組
み立てに支障がないような充分なクリアランスが必要で
ある。この両方の条件を満たすために、マニホールドを
セルスタックよりも熱膨張係数の小さな材料で作製して
両者の熱膨張の差によって高温におけるクリアランスを
小さくし、充分なガスシールを実現した。セルスタック
の熱膨張係数は１０００℃において１．０×１０-6Ｋ-1
であるので、マニホールドの材質として１０００℃の熱
膨張係数が４．８×１０-6Ｋ-1であるムライトを用い
て、実施例１で用いた従来型マニホールドを作製した。
セルスタックとマニホールドの熱膨張係数差が５．２×
１０-6Ｋ-1であるため、５０×５０のスタックの場合１
０００℃のクリアランスは室温より２６０μｍ小さくな
る。これに基づいて、室温におけるセルスタックとマニ
ホールドのクリアランスを０．２５ｍｍ±０．５ｍｍの
公差で作製してセルスタックモジュールを組み立てた。
実測のクリアランスは、０．２４〜０．２６ｍｍであっ
た。
ールド７との接触部のクリアランスを充分小さくするこ
とによって、差圧状態でも充分機能するガスシールを実
現できる。一方、室温ではセルスタックモジュールの組
み立てに支障がないような充分なクリアランスが必要で
ある。この両方の条件を満たすために、マニホールドを
セルスタックよりも熱膨張係数の小さな材料で作製して
両者の熱膨張の差によって高温におけるクリアランスを
小さくし、充分なガスシールを実現した。セルスタック
の熱膨張係数は１０００℃において１．０×１０-6Ｋ-1
であるので、マニホールドの材質として１０００℃の熱
膨張係数が４．８×１０-6Ｋ-1であるムライトを用い
て、実施例１で用いた従来型マニホールドを作製した。
セルスタックとマニホールドの熱膨張係数差が５．２×
１０-6Ｋ-1であるため、５０×５０のスタックの場合１
０００℃のクリアランスは室温より２６０μｍ小さくな
る。これに基づいて、室温におけるセルスタックとマニ
ホールドのクリアランスを０．２５ｍｍ±０．５ｍｍの
公差で作製してセルスタックモジュールを組み立てた。
実測のクリアランスは、０．２４〜０．２６ｍｍであっ
た。
【００３２】この場合のシール部からのガス漏れについ
て実施例１における測定方法を用いて測定した結果を表
４に示す。
て実施例１における測定方法を用いて測定した結果を表
４に示す。
【００３３】
【００３４】測定結果から明らかなように、熱膨張差に
よるガスシールを施すことによって従来型セルスタック
モジュールは高温においてガスに差圧がある条件におい
ても充分なシール性を発揮する。本発明によれば、セル
スタックとマニホールドの加工精度をあげて室温におけ
るクリアランスを調整することによって、燃料電池の動
作温度にあわせたガスシールが可能である。またガスシ
ール部の室温におけるクリアランスを大きくとることに
なるのでセルスタックモジュールの組み立てに際して工
程が容易になる利点を有する。さらに、ガラスなどのシ
ール材を用いていないので一旦高温で動作させた後で、
室温に下げた場合のセルスタックモジュールの分解を非
破壊で行なえる利点を有する。すなわち、本発明によっ
て室温における組み立てが容易でガスシールの確実なセ
ルスタックモジュールが提供される。
よるガスシールを施すことによって従来型セルスタック
モジュールは高温においてガスに差圧がある条件におい
ても充分なシール性を発揮する。本発明によれば、セル
スタックとマニホールドの加工精度をあげて室温におけ
るクリアランスを調整することによって、燃料電池の動
作温度にあわせたガスシールが可能である。またガスシ
ール部の室温におけるクリアランスを大きくとることに
なるのでセルスタックモジュールの組み立てに際して工
程が容易になる利点を有する。さらに、ガラスなどのシ
ール材を用いていないので一旦高温で動作させた後で、
室温に下げた場合のセルスタックモジュールの分解を非
破壊で行なえる利点を有する。すなわち、本発明によっ
て室温における組み立てが容易でガスシールの確実なセ
ルスタックモジュールが提供される。
【００３５】この熱膨張差を利用したシールは単セルの
形状が正方形と異なる場合、ガスマニホールドを円形か
ら楕円あるいはセルスタックに外接する適当な形状に変
形させることで、正方形の場合と同様に良好な結果が得
られる。特にガスシール部の応力集中を避けるためにガ
スシール部に鋭角的な角を設けないで曲線的にした場合
に、熱サイクルに強いセルスタックモジュールを実現す
ることが可能である。
形状が正方形と異なる場合、ガスマニホールドを円形か
ら楕円あるいはセルスタックに外接する適当な形状に変
形させることで、正方形の場合と同様に良好な結果が得
られる。特にガスシール部の応力集中を避けるためにガ
スシール部に鋭角的な角を設けないで曲線的にした場合
に、熱サイクルに強いセルスタックモジュールを実現す
ることが可能である。
【００３６】
【実施例５】実施例１の本発明のセルスタックと実施例
４の熱膨張係数差を利用したガスシールを同時に実現し
た場合の結果について示す。
４の熱膨張係数差を利用したガスシールを同時に実現し
た場合の結果について示す。
【００３７】マニホールドの材質として１０００℃の熱
膨張係数が４．８×１０-6Ｋ-1であるムライトを用い
て、実施例１で用いたマニホールドを作製した。セルス
タックとマニホールドの熱膨張係数差が５．２×１０-6
Ｋ-1であるため、５０×５０のスタックの場合１０００
℃のクリアランスは室温より２６０μｍ小さくなる。こ
れに基づいて、室温におけるセルスタックとマニホール
ドのクリアランスを０．２５ｍｍ±０．５ｍｍの公差で
作製してセルスタックモジュールを組み立てた。実測の
クリアランスは、０．２４〜０．２６ｍｍであった。
膨張係数が４．８×１０-6Ｋ-1であるムライトを用い
て、実施例１で用いたマニホールドを作製した。セルス
タックとマニホールドの熱膨張係数差が５．２×１０-6
Ｋ-1であるため、５０×５０のスタックの場合１０００
℃のクリアランスは室温より２６０μｍ小さくなる。こ
れに基づいて、室温におけるセルスタックとマニホール
ドのクリアランスを０．２５ｍｍ±０．５ｍｍの公差で
作製してセルスタックモジュールを組み立てた。実測の
クリアランスは、０．２４〜０．２６ｍｍであった。
【００３８】この場合のシール部からのガス漏れについ
て実施例１における測定方法を用いて測定した結果を表
５に示す。
て実施例１における測定方法を用いて測定した結果を表
５に示す。
【００３９】
【００４０】測定結果から明らかなように、改良型セル
スタックに熱膨張差によるガスシールを施した場合、従
来のセルスタックモジュールに施した場合以上に良好な
シール性を発揮する。本発明によれば、セルスタックと
マニホールドの加工精度をあげて室温におけるクリアラ
ンスを調整することによって、燃料電池の動作温度にあ
わせたガスシールが可能である。またガスシール部の室
温におけるクリアランスを大きくとることになるのでセ
ルスタックモジュールの組み立てに際して工程が容易に
なる利点を有する。さらに、ガラスなどのシール材を用
いていないので一旦高温で動作させた後で、室温に下げ
た場合のセルスタックモジュールの分解を非破壊で行な
える利点を有する。すなわち、本発明によって室温にお
ける組み立てが容易でガスシールの確実なセルスタック
モジュールが提供される。
スタックに熱膨張差によるガスシールを施した場合、従
来のセルスタックモジュールに施した場合以上に良好な
シール性を発揮する。本発明によれば、セルスタックと
マニホールドの加工精度をあげて室温におけるクリアラ
ンスを調整することによって、燃料電池の動作温度にあ
わせたガスシールが可能である。またガスシール部の室
温におけるクリアランスを大きくとることになるのでセ
ルスタックモジュールの組み立てに際して工程が容易に
なる利点を有する。さらに、ガラスなどのシール材を用
いていないので一旦高温で動作させた後で、室温に下げ
た場合のセルスタックモジュールの分解を非破壊で行な
える利点を有する。すなわち、本発明によって室温にお
ける組み立てが容易でガスシールの確実なセルスタック
モジュールが提供される。
【００４１】この熱膨張差を利用したシールは単セルの
形状が正方形と異なる場合、ガスマニホールドを円形か
ら楕円あるいはセルスタックに外接する適当な形状に変
形させることで、正方形の場合と同様に良好な結果が得
られる。特にガスシール部の応力集中を避けるためにガ
スシール部に鋭角的な角を設けないで曲線的にした場合
に、熱サイクルに強いセルスタックモジュールを実現す
ることが可能である。
形状が正方形と異なる場合、ガスマニホールドを円形か
ら楕円あるいはセルスタックに外接する適当な形状に変
形させることで、正方形の場合と同様に良好な結果が得
られる。特にガスシール部の応力集中を避けるためにガ
スシール部に鋭角的な角を設けないで曲線的にした場合
に、熱サイクルに強いセルスタックモジュールを実現す
ることが可能である。
【００４２】
【実施例６】実施例５のセルスタックおよび熱膨張差ガ
スシールにさらにガラス融液シールを組み合わせた場合
の結果について示す。本実施例では、実施例５で用いた
改良型マニホールドに図６に示されるものと同様な形式
のガラス融液溜まり１３を作製し、セルスタックモジュ
ールを構成した。この場合、セルスタックとマニホール
ドの公差は０．３５ｍｍ±０．１ｍｍと実施例５に比べ
て緩くした。ガラス溜まりにガラス粉末を充填して動作
温度に加熱してガラス融液シールを実現した。この場合
のガスの漏れを実施例１と同様な方法で測定した結果を
表６に示す。
スシールにさらにガラス融液シールを組み合わせた場合
の結果について示す。本実施例では、実施例５で用いた
改良型マニホールドに図６に示されるものと同様な形式
のガラス融液溜まり１３を作製し、セルスタックモジュ
ールを構成した。この場合、セルスタックとマニホール
ドの公差は０．３５ｍｍ±０．１ｍｍと実施例５に比べ
て緩くした。ガラス溜まりにガラス粉末を充填して動作
温度に加熱してガラス融液シールを実現した。この場合
のガスの漏れを実施例１と同様な方法で測定した結果を
表６に示す。
【００４３】
【００４４】本実施例の場合、動作後の非破壊の分解が
できなくなる替わりに、セルスタックおよびマニホール
ドの加工精度を落としても実施例５と同じガスシール性
を実現できる利点を有する。
できなくなる替わりに、セルスタックおよびマニホール
ドの加工精度を落としても実施例５と同じガスシール性
を実現できる利点を有する。
【００４５】本実施例で用いたガスシールは単セルの形
状が正方形と異なる場合、ガスマニホールドを円形から
楕円あるいはセルスタックに外接する適当な形状に変形
させることで、正方形の場合と同様に良好な結果が得ら
れる。
状が正方形と異なる場合、ガスマニホールドを円形から
楕円あるいはセルスタックに外接する適当な形状に変形
させることで、正方形の場合と同様に良好な結果が得ら
れる。
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば、従来問題とされてきた
平板型ＳＯＦＣのガスシールを容易に提供することが可
能になり、円筒型ＳＯＦＣに比較して発電密度が大きく
なる平板型ＳＯＦＣの利点を生かしたシステムを実現で
きる。
平板型ＳＯＦＣのガスシールを容易に提供することが可
能になり、円筒型ＳＯＦＣに比較して発電密度が大きく
なる平板型ＳＯＦＣの利点を生かしたシステムを実現で
きる。
【図１】本発明の実施例のインターコネクタの上面図
【図２】本発明の実施例のインターコネクタの下面図。
【図３】本発明の実施例のインターコネクタを用いたセ
ルスタックの正面図。
ルスタックの正面図。
【図４】本発明の実施例のインターコネクタを用いたセ
ルスタックの側面図。
ルスタックの側面図。
【図５】本発明のインターコネクタを用いたセルスタッ
クモジュールの上面図。
クモジュールの上面図。
【図６】本発明のガスシール部の拡大図。
【図７】従来のインターコネクタの上面図
【図８】従来のインターコネクタの下面図。
【図９】従来のインターコネクタを用いたセルスタック
の正面図。
の正面図。
【図１０】従来のインターコネクタを用いたセルスタッ
クの正面図。
クの正面図。
【図１１】従来のインターコネクタを用いたセルスタッ
クモジュールの上面図。
クモジュールの上面図。
１ インターコネクタ ２ 燃料流路 ２１ 最外部流路 ２２ 隣接流路 ３ 空気流路 ３１ 最外部流路 ３２ 隣接流路 ４ 単セル ５ 集電板 ６ ガスシール部 ７ マニホールド ８ セルスタック ９ 燃料給気ダクト １０ 燃料排気ダクト １１ 空気給気ダクト １２ 空気排気ダクト １３ ガラス融液溜まり ７１ インターコネクタ ７２ 燃料流路 ７３ 空気流路 ７４ 単セル ７５ 集電板 ７６ ガスシール部 ７７ マニホールド ７８ セルスタック ７９ 燃料給気ダクト ７１０ 燃料排気ダクト ７１１ 空気給気ダクト ７１２ 空気排気ダクト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 恒和 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】インターコネクタ用基板の表面に複数本の
ガス流路用溝が形成されてなる固体燃料電池用インター
コネクタにおいて、前記基板の最外部に位置するガス流
路用溝の両端が、隣接するガス流路用溝に接続されてな
ることを特徴とする固体燃料電池用インターコネクタ。 - 【請求項２】単セルとインターコネクタからなるセルス
タックがガスマニホールドに内接してなる固体燃料電池
モジュールにおいて、前記ガスマニホールドの前記セル
スタックに接する部位に、ガラス融液溜まり用の溝が設
けられてなることを特徴とする固体燃料電池モジュー
ル。 - 【請求項３】単セルとインターコネクタからなるセルス
タックがガスマニホールドに内接してなる固体燃料電池
モジュールにおいて、前記ガスマニホールドの熱膨張係
数が、前記セルスタックの熱膨張係数よりも小なること
を特徴とする固体燃料電池モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5280242A JPH07111158A (ja) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | 固体燃料電池用インターコネクタおよび固体燃料電池モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5280242A JPH07111158A (ja) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | 固体燃料電池用インターコネクタおよび固体燃料電池モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07111158A true JPH07111158A (ja) | 1995-04-25 |
Family
ID=17622282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5280242A Pending JPH07111158A (ja) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | 固体燃料電池用インターコネクタおよび固体燃料電池モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07111158A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0921583A1 (de) * | 1997-12-05 | 1999-06-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Abdichten von Hochtemperatur-Brennstoffzellen und von Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel |
| JP2012256498A (ja) * | 2011-06-08 | 2012-12-27 | Toshiba Corp | 燃料電池及び燃料電池用セパレータ |
| JP2015149265A (ja) * | 2014-02-10 | 2015-08-20 | トヨタ自動車株式会社 | 単セルの積層方法、積層治具、および燃料電池スタックの製造方法 |
-
1993
- 1993-10-13 JP JP5280242A patent/JPH07111158A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0921583A1 (de) * | 1997-12-05 | 1999-06-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Abdichten von Hochtemperatur-Brennstoffzellen und von Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel |
| JP2012256498A (ja) * | 2011-06-08 | 2012-12-27 | Toshiba Corp | 燃料電池及び燃料電池用セパレータ |
| JP2015149265A (ja) * | 2014-02-10 | 2015-08-20 | トヨタ自動車株式会社 | 単セルの積層方法、積層治具、および燃料電池スタックの製造方法 |
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