JPH07201353A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

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Publication number
JPH07201353A
JPH07201353A JP6294081A JP29408194A JPH07201353A JP H07201353 A JPH07201353 A JP H07201353A JP 6294081 A JP6294081 A JP 6294081A JP 29408194 A JP29408194 A JP 29408194A JP H07201353 A JPH07201353 A JP H07201353A
Authority
JP
Japan
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fuel cell
manifold
ring
separator
fuel
Prior art date
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Pending
Application number
JP6294081A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Haruhiko Hirata
東彦 平田
Michio Hori
美知郎 堀
Tooru Kaiji
徹 海治
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 JP6294081A priority Critical patent/JPH07201353A/en
Publication of JPH07201353A publication Critical patent/JPH07201353A/en
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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 always provide a stable generating function by bringing surfaces opposed to each other of a member, relating to a constitution of sealing a manifold region, and a separator singly mechanically into contact air-tightly sealed, so as to improve reliability of gas seal performance in a manifold part. CONSTITUTION:A fuel cell comprises a layer-built type fuel cell main unit formed by interposing a separator 5 for forming a fuel system gas flow path 7c and oxidant system gas flow path 7d between unit fuel cells 3, 3' and a manifold region air-tightly communicating with both the gas flow paths respectively through a hole 8 piercing the separator 5 in the thickness direction. This manifold region is constituted by arranging a plurality of ring-shaped members (example: concurrently using seal ring 10), containing at least electric insulating manifold ring 6, with mutual lamination direction surfaces putting into contact with each other and also by bringing surfaces opposed to each other of the ring-shaped member and the separator 5, corresponding to this ring-shaped member, mechanically into contact air-tightly sealed.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は単位燃料電池を積層構成
した燃料電池に係り、さらに詳しくはマニホールド部の
ガスシール性能の信頼性向上、および製造性や単位燃料
電池の着脱交換性の向上を図っ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 in which unit fuel cells are laminated, and more particularly, to improve the reliability of gas sealing performance of a manifold portion, and to improve manufacturability and detachability of unit fuel cells. The present invention relates to a fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】周知のように、燃料電池は、燃料ガスお
よび酸化剤ガスが有する化学ポテンシャルと、それらの
反応による生成物が有する化学ポテンシャルとの差のう
ち、ギブス自由エネルギー分を直接電気エネルギーに変
換するシステムである。そして、この化学エネルギーを
直接電気エネルギーに変換する燃料電池は、たとえば溶
融炭酸塩などから成る電解質板(電解質層)を挟んで、
両主面側に一対の電極(アノードおよびカソード)を配
設されている。そして、両電極側から酸化剤ガスと燃料
ガスとを分けて供給し、それぞれのガスを両電極に接触
させ、電解質板中のイオン移動を仲立ちとした電池反応
を進め、電解質板中のイオンの流れを電池外部に取り出
し、起電力として得ることを基本構成としている。
2. Description of the Related Art As is well known, in a fuel cell, the Gibbs free energy component of the difference between the chemical potential of a fuel gas and an oxidant gas and the chemical potential of a product of the reaction is directly converted into an electric energy. It is a system to convert to. A fuel cell that directly converts this chemical energy into electric energy sandwiches an electrolyte plate (electrolyte layer) made of, for example, molten carbonate,
A pair of electrodes (anode and cathode) are arranged on both main surface sides. Then, the oxidant gas and the fuel gas are separately supplied from both electrode sides, each gas is brought into contact with both electrodes, and the battery reaction is promoted by mediating the ion migration in the electrolyte plate, so that the ions in the electrolyte plate The basic configuration is to take the flow out of the battery and obtain it as an electromotive force.

【0003】しかしながら、単位燃料電池では得られる
起電力は、高々 1Vにも満たない低い値である。そのた
め、高出力の発電システムとしての利用においては、大
容量化に当たって、単位燃料電池面積の増大(たとえば
1m×1m)と、単位燃料電池を複数個(たとえば数10〜 1
00個程度)を直列に積層して、燃料電池積層体を構成
し、起電部温度を 600〜 700℃程度の高温に保持して動
作させることによって、各単位電池の加算出力を得る方
式が採られている。
However, the electromotive force obtained by the unit fuel cell is a low value which is less than 1 V at most. Therefore, when used as a high-output power generation system, the unit fuel cell area increases (for example,
1m x 1m) and multiple unit fuel cells (for example, several tens to one)
(About 00 pieces) is stacked in series to form a fuel cell stack, and by operating with the temperature of the electromotive section maintained at a high temperature of about 600 to 700 ° C, the added output of each unit cell is obtained. Has been taken.

【0004】次に、図面を参照して従来の燃料電池の一
例を説明する。図16は、燃料電池積層体の要部構造を展
開して示す斜視図、また図17は燃料電池積層体の要部構
造をA−A線に沿って断面的に示す断面図である。
Next, an example of a conventional fuel cell will be described with reference to the drawings. FIG. 16 is a perspective view showing a developed main structure of a fuel cell stack, and FIG. 17 is a cross-sectional view showing a main structure of the fuel cell stack taken along line AA.

【0005】電解質板(層)1の両主面に、アノード2a
およびカソード2bを配設して成る単位燃料電池3間に、
それぞれ集電板4a,4bを介して、セパレータ部材5a,5
b,5cで形成されるセパレータ5を配設している。ま
た、電気絶縁性を有するマニホールドリング(たとえば
セラミック製)6を所要のセパレータ5に対し、気密に
接続すると共に積層した構成となっている。
An anode 2a is formed on both main surfaces of the electrolyte plate (layer) 1.
And between the unit fuel cells 3 having the cathode 2b,
Separator members 5a, 5 are provided via current collecting plates 4a, 4b, respectively.
A separator 5 formed by b and 5c is arranged. In addition, a manifold ring (for example, made of ceramic) 6 having electrical insulation is airtightly connected to a required separator 5 and is laminated.

【0006】ここで、セパレータ部材5a,5b,5cは、加
工性,耐熱性,電解質に対する耐蝕性などの要求から、
一般的にステンレス鋼製であり、通常、セパレータ5aに
より仕切られ、一方の面側が第1の単位燃料電池3の燃
料系ガス流路7a(もしくは酸化剤系ガス流路7b)、他方
の面側が第2の単位燃料電池3の酸化剤系ガス流路7b
(もしくは燃料系ガス流路7a)を成すように区分する構
成となっている。また、セパレータ5は、積層方向の燃
料系ガスチャネル7cもしくは酸化剤系ガスチャネル7dと
しての機能を兼ね、マニホールドリング6に連接する貫
通孔8が厚さ方向に設けられている。なお、各セパレー
タ5同士が機械的な接触によって、電気的に短絡しては
ならないので、これらセパレータ5と機械的に接続する
マニホールドリング6には、電気絶縁性が要求される。
Here, the separator members 5a, 5b, 5c are required to have workability, heat resistance, and corrosion resistance against an electrolyte.
It is generally made of stainless steel, and is normally partitioned by a separator 5a, one surface side of which is the fuel system gas flow path 7a (or oxidant system gas flow path 7b) of the first unit fuel cell 3 and the other surface side of which is Oxidant gas flow path 7b of the second unit fuel cell 3
(Or, the fuel system gas flow path 7a) is divided. The separator 5 also has a function as a fuel system gas channel 7c or an oxidant system gas channel 7d in the stacking direction, and a through hole 8 connected to the manifold ring 6 is provided in the thickness direction. Since the separators 5 should not be electrically short-circuited by mechanical contact, the manifold ring 6 mechanically connected to the separators 5 is required to have electrical insulation.

【0007】また、燃料系ガスチャネル7cおよび酸化剤
系ガスチャネル7dは、それぞれ対応するガスを供給およ
び排出するのに十分な間隔を保持することが重要であ
る。すなわち、発電に必要な燃料系ガスおよび酸化剤系
ガスの供給は、単位燃料電池3の積層方向と、単位燃料
電池3の面内方向の両方向に行われ、積層方向にはマニ
ホールドリング6、面内方向にはセパレータ5が形成す
るガスチャネル7c,7dによって供給が行われる。そし
て、マニホールドリング6とセパレータ5との間では、
ガスシール性の保持が要求されるので、それらの接合部
は一般的に、ろう材9aもしくは高温接着剤など用いた接
合および封止が行われている。
Further, it is important that the fuel system gas channel 7c and the oxidant system gas channel 7d maintain a sufficient space for supplying and discharging the corresponding gas. That is, the supply of the fuel-based gas and the oxidant-based gas required for power generation is performed both in the stacking direction of the unit fuel cells 3 and in the in-plane direction of the unit fuel cells 3, and the manifold ring 6 and the surface are arranged in the stacking direction. The gas is supplied inward by gas channels 7c and 7d formed by the separator 5. Then, between the manifold ring 6 and the separator 5,
Since it is required to maintain the gas sealability, those joints are generally joined and sealed using a brazing material 9a or a high temperature adhesive.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記に説明したよう
に、燃料電池積層体(積層型燃料電池)においては、一
般的にマニホールドリング6がセラミック製で、セパレ
ータ部材5a,5b,5cが金属製であるため、両者間には温
度に対する熱膨張係数に大きな差がある。したがって、
燃料電池として機能する過程、すなわち発電時の昇降温
過程において、マニホールドリング6、セパレータ5お
よびろう材9aや接着剤などの接合剤に熱応力が発生す
る。ここで、発生する熱応力が大きい場合には、ろう材
9aや接着剤などの剥離やマニホールドリング6の破壊を
生じ易く、また中程度の熱応力発生でも、昇降温過程の
繰り返しに伴う熱応力に起因する損傷の蓄積によって、
ろう材9aや接着剤などの剥離やマニホールドリング6の
破壊を招来したり、マニホールド領域のガスシール性の
低下が引き起こされる。
As described above, in the fuel cell stack (stacked fuel cell), the manifold ring 6 is generally made of ceramic and the separator members 5a, 5b, 5c are made of metal. Therefore, there is a large difference in the coefficient of thermal expansion with respect to the temperature. Therefore,
In the process of functioning as a fuel cell, that is, in the temperature raising / lowering process during power generation, thermal stress is generated in the manifold ring 6, the separator 5, and the brazing material 9a and a bonding agent such as an adhesive. Here, when the thermal stress generated is large, the brazing material
9a and adhesives are easily peeled off, the manifold ring 6 is easily broken, and even if moderate thermal stress is generated, damage caused by thermal stress due to repeated temperature rising / falling processes is accumulated.
This may lead to peeling of the brazing material 9a or adhesive, breakage of the manifold ring 6, and deterioration of gas sealability in the manifold region.

【0009】このようにガスシール性能が低下すると、
燃料ガスや酸化剤ガスの漏出、パージガスの流入による
電池性能の低下、燃料ガスおよび酸化剤ガスの混合によ
る燃焼発生の恐れなどが生じ、安全性および信頼性の点
で問題といえる。さらに、燃料電池の組み立ておよび製
造時においては、積層したセパレータータ5がマニホー
ルドリング6を介して接合されるため、単位燃料電池
3,3′およびセパレータ5を積層して配置する工程が
煩雑となる。しかも、積層して配置した後、たとえば単
位燃料電池3,3′の一部に不都合が生じた場合、その
交換着脱が困難で、生産性にも問題がある。
When the gas sealing performance deteriorates in this way,
The leakage of the fuel gas and the oxidant gas, the deterioration of the cell performance due to the inflow of the purge gas, and the fear that the combustion may occur due to the mixing of the fuel gas and the oxidant gas occur, which can be said to be a problem in terms of safety and reliability. Furthermore, in assembling and manufacturing the fuel cell, since the laminated separator 5 is joined via the manifold ring 6, the process of laminating and arranging the unit fuel cells 3, 3'and the separator 5 becomes complicated. . In addition, if a problem occurs in a part of the unit fuel cells 3, 3'after stacking them, it is difficult to replace and attach them, and there is a problem in productivity.

【0010】本発明は上記事情に対処してなされたもの
で、マニホールド部のガスシール性能の信頼性を向上さ
せ、常に安定した発電機能を呈する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 an object thereof is to provide a fuel cell which improves reliability of gas sealing performance of a manifold portion and always exhibits a stable power generation function.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の燃料電池では、電解質層を両主面側から一対
の電極層で挟む構成の単位燃料電池間に、該単位燃料電
池の一主面側に燃料系ガス流路を、他主面側に酸化剤系
ガス流路を形成するためのセパレータを介在させて成る
積層型の燃料電池本体と、前記セパレータの厚さ方向に
貫通する孔を介して前記燃料系ガス流路および酸化剤系
ガス流路にそれぞれ気密に連通するマニホールド領域
と、を具備する燃料電池において、前記マニホールド領
域は、少なくとも電気絶縁性のマニホールドリングを含
む複数個のリング状部材を互いの積層方向の面を接触さ
せて配置すると共に、前記リング状部材と該リング状部
材に対応する前記セパレータとの互いの対向する面を機
械的に接触させて気密封止して構成したことを特徴とし
ている。
In order to achieve the above object, in the fuel cell of the present invention, a unit fuel cell having a structure in which an electrolyte layer is sandwiched by a pair of electrode layers from both main surface sides is used. A fuel cell gas passage on one main surface side, and a laminated fuel cell main body formed by interposing a separator for forming an oxidant gas passage on the other main surface side, and the separator penetrates in the thickness direction. A fuel cell and a manifold region that is in air-tight communication with the fuel-based gas flow passage and the oxidant-based gas flow passage, respectively, and the manifold region includes at least a plurality of electrically insulating manifold rings. The ring-shaped members are arranged such that their surfaces in the stacking direction are in contact with each other, and the surfaces of the ring-shaped members and the separators corresponding to the ring-shaped members are mechanically brought into contact with each other so that the air-conditioning It is characterized by being configured sealed with.

【0012】また、前記リング状部材と前記セパレータ
との互いの対向する面を気密に接触させるための締め付
け力を発生するマニホールド領域締め付け手段を設けた
ことを特徴としている。
Further, it is characterized in that a manifold region tightening means is provided for generating a tightening force for airtightly contacting mutually facing surfaces of the ring-shaped member and the separator.

【0013】また、前記リング状部材は、前記締め付け
力に対して復元性を有する金属製のシールリングを備え
ていることを特徴としている。また、前記リング状部材
は、前記締め付け力に対して剛性を有するスペーサを備
えていることを特徴としている。
Further, the ring-shaped member is characterized by being provided with a metal seal ring having a restoring property to the tightening force. Further, the ring-shaped member is provided with a spacer having rigidity with respect to the tightening force.

【0014】また、前記燃料系ガス流路および酸化剤系
ガス流路にそれぞれ供給される燃料ガスおよび酸化剤ガ
スに基づいて電力を発生するための起電部と、この起電
部を前記単位燃料電池の積層方向に締め付ける締め付け
力を発生する起電部締め付け手段とを備え、前記マニホ
ールド領域締め付け手段の締め付け力を前記起電部締め
付け手段の締め付け力よりも大きく設定したことを特徴
としている。
Further, an electromotive portion for generating electric power based on the fuel gas and the oxidant gas supplied to the fuel gas passage and the oxidant gas passage, respectively, and the electromotive portion is used as the unit. An electromotive section clamping means for generating a clamping force for clamping in the stacking direction of the fuel cell is provided, and the clamping force of the manifold area clamping means is set to be larger than the clamping force of the electromotive section clamping means.

【0015】また、前記マニホールド領域に対して分岐
して形成され、前記単位燃料電池の積層方向の前記マニ
ホールド領域間を接続する中間ヘッダを備えて構成され
ていることを特徴としている。
Further, the present invention is characterized in that the intermediate region header is formed so as to be branched from the manifold region and connects the manifold regions in the stacking direction of the unit fuel cells.

【0016】[0016]

【作用】本発明に係る燃料電池においては、マニホール
ド領域の封止の構成に関与する部材と、セパレータとの
互いの対向する面は単に機械的に接触させて気密封止し
た状態で、接着あるいは接合を行なわずにマニホールド
領域のガスシールを行っているため、部材間の熱膨張差
に起因する熱応力の発生がなくなる。したがって、燃料
電池の運転動作時の昇降温過程において、マニホールド
リングなどの破壊(破損)発生も解消され、信頼性の高
いガスシールが確保される。
In the fuel cell according to the present invention, the members that are involved in the sealing structure of the manifold region and the surfaces of the separator that face each other are simply mechanically contacted and hermetically sealed and then bonded or Since the manifold area is gas-sealed without joining, thermal stress caused by the difference in thermal expansion between members is eliminated. Therefore, in the temperature raising / lowering process during the operation of the fuel cell, the occurrence of breakage (damage) of the manifold ring or the like is eliminated and a highly reliable gas seal is secured.

【0017】特に、マニホールド領域の気密封止を行う
締め付け部のガス流路中に、締め付け力に対して十分な
剛性を有するスペーサを配置した場合、複数のシール部
材のうち少なくとも一つを締め付け方向に対して変形可
能な材質とした場合など、マニホールド領域でより信頼
性の高いガスシール性能の確保が可能である。
In particular, when a spacer having sufficient rigidity with respect to the tightening force is arranged in the gas passage of the tightening portion for hermetically sealing the manifold area, at least one of the plurality of seal members is tightened in the tightening direction. On the other hand, when a deformable material is used, it is possible to secure more reliable gas sealing performance in the manifold area.

【0018】しかも、マニホールド領域において単に機
械的な接触で気密封止を行い、セパレータはマニホール
ドリングを含むシール部材と接着あるいは接合しないた
め、単位燃料電池およびセパレータの積層配置の工程も
容易となり、また積層配置後に単位燃料電池の一部で不
都合が生じたとき、単位燃料電池やセパレータ部材など
の部品を容易に着脱交換を行なうことができる。
Moreover, since the airtight sealing is performed only by mechanical contact in the manifold area, and the separator is not bonded or joined to the sealing member including the manifold ring, the process of stacking the unit fuel cells and the separator can be facilitated, and When a problem occurs in a part of the unit fuel cells after the stacking and arrangement, parts such as the unit fuel cell and the separator member can be easily attached / detached and replaced.

【0019】また、マニホールド領域の気密封止を行う
締め付け手段と、単位燃料電池の起電部を締め付ける手
段とを別々に構成し、かつマニホールド領域の締め付け
力を、単位燃料電池の起電部の締め付け力よりも大きく
(強く)設定することに伴い、マニホールド領域につい
て信頼性の高いガスシール性能の確保が可能である。
Further, the tightening means for hermetically sealing the manifold area and the means for tightening the electromotive section of the unit fuel cell are separately configured, and the tightening force of the manifold area is controlled by the electromotive section of the unit fuel cell. By setting the strength higher (stronger) than the tightening force, it is possible to secure highly reliable gas sealing performance in the manifold area.

【0020】また、上記作用を有する本発明の特徴部分
は、積層方向へのガス流路に中間ガスヘッダを設置し、
この中間ガスヘッダを介して、各単位燃料電池に所要の
ガスを供給するように構成するタイプの燃料電池にも同
様に適用可能である。
Further, the characteristic part of the present invention having the above-mentioned action is to install an intermediate gas header in the gas flow path in the stacking direction,
It is similarly applicable to a fuel cell of a type configured to supply a required gas to each unit fuel cell through the intermediate gas header.

【0021】[0021]

【実施例】以下図1乃至図15を参照して本発明の燃料電
池に係る実施例を説明する。 (第1実施例)図1は本発明の第1実施例に係る燃料電
池の要部の構成を示す断面図、図2乃至図4は同じく本
発明の第1実施例に係る燃料電池に用いる要部の構成部
材を示す斜視図である。
EXAMPLES Examples of the fuel cell of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 15. (First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a main part of a fuel cell according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 4 are also used for the fuel cell according to the first embodiment of the present invention. It is a perspective view which shows the structural member of a principal part.

【0022】この実施例に係る燃料電池は、電解質板1
(電解質層)をその両主面側から一対の電極、すなわち
アノード2a,カソード2bで挟むように配設した構成の単
位燃料電池3,3′を備えている。これら単位燃料電池
3,3′間に、それぞれ集電板4a,4bを介してセパレー
タ部材5a,5b,5cから成るセパレータ5を配設してい
る。また、複数のセパレータ5同士の間は、所要ガスチ
ャネルを形成するため、電気絶縁性のセラミック製のマ
ニホールドリング6および金属製のリング状部材(シー
ルリング)10の積層によって、セパレータ5同士の間を
気密に接続するように構成されている。
The fuel cell according to this embodiment has an electrolyte plate 1
The unit fuel cells 3 and 3 ′ are arranged such that the (electrolyte layer) is sandwiched between a pair of electrodes, that is, the anode 2 a and the cathode 2 b from both main surface sides thereof. A separator 5 composed of separator members 5a, 5b and 5c is arranged between the unit fuel cells 3 and 3'through current collecting plates 4a and 4b, respectively. In order to form a required gas channel between the plurality of separators 5, a space between the separators 5 is formed by stacking an electrically insulating ceramic manifold ring 6 and a metal ring member (seal ring) 10. Are configured to be connected airtightly.

【0023】つまり、マニホールドリング6およびシー
ルリング10は、セパレータ5の間に積層されて介在し、
燃料系ガスチャネルもしくは酸化剤系ガスチャネルとし
て機能している。
That is, the manifold ring 6 and the seal ring 10 are laminated and interposed between the separators 5,
It functions as a fuel gas channel or an oxidant gas channel.

【0024】図2はマニホールドリング6の具体的な構
成例を示す斜視図である。マニホールドリング6は、例
えば、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、窒化アル
ミ、窒化ケイ素等のセラミックスから構成され、その外
径は 100〜 200 mm程度、また厚みは 3〜 8 mm 程度で
あり、そして単位燃料電池3は1m×1m程度の領域を
有している。
FIG. 2 is a perspective view showing a concrete example of the structure of the manifold ring 6. The manifold ring 6 is made of, for example, ceramics such as alumina, zirconia, magnesia, aluminum nitride, and silicon nitride, has an outer diameter of about 100 to 200 mm, a thickness of about 3 to 8 mm, and a unit fuel cell. 3 has a region of about 1 m × 1 m.

【0025】上記に説明した構成において、金属製のセ
パレータ部材5a,5b,5cは、加工性、耐熱性、電解質に
対する耐蝕性などの要求からステンレス鋼製である。金
属製のセパレータ部材5a,5b,5cは、積層方向のガスチ
ャネルを形成するために積層方向に貫通する孔8を備え
るとともに、セパレータ部材5aを仕切り板として、セパ
レータ部材5bとの間で単位燃料電池3側への燃料系ガス
チャネル7c(もしくは酸化剤系ガスチャネル7d)を、セ
パレータ部材5cとの間で単位燃料電池3側への酸化剤系
ガスチャネル7d(もしくは燃料系ガスチャネル7c)を形
成している。
In the structure described above, the metallic separator members 5a, 5b, 5c are made of stainless steel in view of requirements such as workability, heat resistance, and corrosion resistance against electrolytes. The metallic separator members 5a, 5b, 5c are provided with holes 8 penetrating in the stacking direction to form gas channels in the stacking direction, and the separator member 5a is used as a partition plate to form a unit fuel with the separator member 5b. The fuel system gas channel 7c (or the oxidant system gas channel 7d) to the cell 3 side and the oxidant system gas channel 7d (or the fuel system gas channel 7c) to the unit fuel cell 3 side are formed between the separator member 5c. Is forming.

【0026】また、セパレータ部材5a,5b,5cによりそれ
ぞれ形成される燃料系ガスチャネル7cもしくは酸化剤系
ガス流路7dを十分に確保するため、およびマニホールド
領域におけるセパレータ5の平面性を確保して、マニホ
ールドリング6やシールリング10との良好な接触を得る
ため、例えば図3に斜視的に示すような構成のスペーサ
11をセパレータ5に内蔵している。
Further, in order to sufficiently secure the fuel system gas channel 7c or the oxidant system gas flow path 7d formed by the separator members 5a, 5b and 5c, respectively, and to ensure the planarity of the separator 5 in the manifold region. In order to obtain good contact with the manifold ring 6 and the seal ring 10, for example, a spacer having a configuration shown in perspective in FIG.
11 is built in the separator 5.

【0027】このスペーサ11の材質は、後述するように
締め付けに十分耐える剛性を有する材質製であり、具体
的にはステンレス鋼やNi系もしくはCr系の耐熱金属
ある。また、スペーサは、アルミナ、ジルコニア、マグ
ネシア等のセラミックスから形成することもできる。
As will be described later, the material of the spacer 11 is made of a material having sufficient rigidity to withstand tightening, and specifically, stainless steel, Ni-based or Cr-based heat-resistant metal. The spacer can also be formed of ceramics such as alumina, zirconia, magnesia, or the like.

【0028】一方、シールリング10は、締め付けに対す
る変形性が要求されることから、例えばステンレス鋼な
どの金属製で構成されていると共に、締め付けおよび締
め付け解除に対応して変形および復元が可能な(変形お
よび復元性を有する)部材、例えばスプリング 10aを内
蔵した構成となっている。つまり、シールリング10は、
単位燃料電池3,3′に対する燃料系ガスチャネル7c
間、もしくは酸化剤系ガスチャネル7d間を封止および接
続するマニホールド領域を、所要の力で締め付けたと
き、その締め付け力によって変形したり、その変形を復
元し得る構成を採用している。
On the other hand, since the seal ring 10 is required to be deformable with respect to tightening, it is made of metal such as stainless steel, and can be deformed and restored in response to tightening and unfastening ( The member has a deformable and restorable property, for example, a spring 10a. That is, the seal ring 10
Fuel system gas channel 7c for unit fuel cell 3, 3 '
When the manifold region that seals and connects the gaps or between the oxidant gas channels 7d is tightened with a required force, it is deformed or restored by the tightening force.

【0029】図4はシールリング10および変形および復
元性を有するスプリング 10aを展開して示す斜視図であ
る。本発明においては、積層方向のガスチャネルとして
機能するセパレータ5面、マニホールドリング6両端
面、スプリング 10aを内蔵した構成のシールリング10
面、およびセパレータ5面が、上記のような順で積層さ
れており、かつ、お互いの表面同士がそれぞれ接触して
いる。そしてこれらの部材が、積層方向に所要の締め付
け力によって締め付けおよび封止され、気密なマニホー
ルド領域を構成している。
FIG. 4 is an exploded perspective view showing the seal ring 10 and the spring 10a having a deformable and restorative property. In the present invention, the seal ring 10 having the structure including the separator 5 surface functioning as a gas channel in the stacking direction, both end surfaces of the manifold ring 6, and the spring 10a.
The surface and the surface of the separator 5 are laminated in the above-mentioned order, and the surfaces of the surfaces are in contact with each other. Then, these members are tightened and sealed in the stacking direction by a required tightening force to form an airtight manifold region.

【0030】すなわち、積層配置された単位燃料電池
3,3′間に集電板4a,4bを介して配設され、かつ単位
燃料電池3,3′の電極2a(2b)への、面内方向のガス
チャネル7c(7d)をスペーサ11を内装して形成するセパ
レータ5面に対して、積層方向のガス流路を成す貫通孔
8を囲繞する形で、マニホールドリング6面および変形
・復元性を有する部材(スプリング) 10aを内蔵するシ
ールリング10面を積層的に対接させ、この領域を積層方
向に締め付けることによって、良好な接触を保持し、よ
って気密な封止の構成を採用している。
That is, the unit fuel cells 3, 3 ′ are arranged between the unit fuel cells 3, 3 ′ through the current collector plates 4 a, 4 b, and in-plane to the electrodes 2 a (2 b) of the unit fuel cells 3, 3 ′. Direction of the gas channel 7c (7d) in which the spacer 11 is formed inside is formed so as to surround the through hole 8 forming the gas flow path in the stacking direction, and the manifold ring 6 side and deformation / restorability The surfaces of the seal rings 10 containing the members (springs) 10a having the above are contacted in a laminated manner, and by tightening this area in the laminating direction, good contact is maintained, thus adopting a hermetically sealed structure. There is.

【0031】この構成例では、積層方向のガスチャネル
の一部がスプリング 10aを内蔵する金属製のシールリン
グ10で形成されている。このため、発電動作中に電解質
板1がクリープ変形を生じその厚さが減少し、セパレー
タ5同士の間の距離が減少した場合でも、その距離変化
はスプリング 10aを内蔵する金属製のシールリング10の
復元可能な変形によって吸収される。
In this configuration example, a part of the gas channel in the stacking direction is formed by the metal seal ring 10 having the spring 10a built therein. Therefore, even when the electrolyte plate 1 undergoes creep deformation during power generation to reduce its thickness and the distance between the separators 5 decreases, the change in the distance changes due to the metal seal ring 10 containing the spring 10a. Absorbed by the restorable deformation of.

【0032】そして、このようなマニホールド領域の構
成では、熱膨張差がある金属製のセパレータ5および金
属製のシールリング10と、セラミック製のマニホールド
リング6とが組み合わされている。しかし、これらは単
に機械的に接触した構成を採用しているに過ぎないた
め、燃料電池の発電時における昇降温に対して、熱膨張
差に起因する熱応力の発生が解消されることになる。し
たがって、従来問題になっていた熱応力によるマニホー
ルドリング6の破壊なども回避され、高いガスシール性
能の信頼性が保たれる。
In such a manifold area structure, the metal separator 5 and the metal seal ring 10 having a difference in thermal expansion and the ceramic manifold ring 6 are combined. However, since these merely adopt a configuration in which they are in mechanical contact with each other, the occurrence of thermal stress due to the difference in thermal expansion due to temperature rise / fall during power generation of the fuel cell is eliminated. . Therefore, destruction of the manifold ring 6 due to thermal stress, which has been a problem in the past, can be avoided, and high reliability of gas sealing performance can be maintained.

【0033】さらに、マニホールド領域の構成が機械的
な接触による組み合わせであることに伴い、組み立てお
よび製造が簡略になるばかりでなく、単位燃料電池3,
3′の構成部材の交換なども容易であり、生産性やメン
テナンスの点でも多くの利点をもたらす。
Further, since the structure of the manifold region is a combination by mechanical contact, not only the assembly and manufacturing are simplified, but also the unit fuel cells 3,
It is easy to replace the components of 3'and bring many advantages in terms of productivity and maintenance.

【0034】なお、単位燃料電池3,3′を積層配置し
た積層型燃料電池の構成においては、金属製のシールリ
ング10とセパレータ5との間は、積層配置に先立ってろ
う付け、溶接,高温接着剤による接着等により予め接合
しておいても良い。そして、この場合は製造工程が容易
になるとともに、ガスシール性の向上も図り得る。ま
た、セパレータ5に内蔵されたスペーサ11についても、
対向するセパレータ部材5a,5b,5cに、積層配置に先立
ってろう付け,溶接,高温接着剤による接着等により予
め接合しておいても良い。そして、この場合は製造工程
が容易になる。
In the structure of the laminated fuel cell in which the unit fuel cells 3 and 3'are arranged in layers, the metal seal ring 10 and the separator 5 are brazed, welded, and heated at a high temperature before the lamination arrangement. It may be bonded in advance by adhesion with an adhesive or the like. In this case, the manufacturing process is facilitated and the gas sealability can be improved. Also, regarding the spacer 11 built in the separator 5,
The opposing separator members 5a, 5b, 5c may be preliminarily joined by brazing, welding, bonding with a high temperature adhesive, or the like prior to stacking. In this case, the manufacturing process becomes easy.

【0035】さらに、マニホールド領域を構成する固体
部材、すなわちセパレータ5、セラミック製のマニホー
ルドリング6、およびシールリング11の接触面あるいは
周面に、通常、離型剤として使用されている窒化ボロン
やアルミナなどのセラミック微粒子、もしくは低融点ガ
ラス微粒子などを介在させると、良好なガスシール性を
長期間に亘って保つこともできる。さらに、部材同士の
焼き付きを防止でき分解が容易となるので、複数積層し
て構成している単位燃料電池のうち不具合の発生した単
位燃料電池を交換する際の分解作業が簡単に行える。
Furthermore, the solid members constituting the manifold region, that is, the contact surface or the peripheral surface of the separator 5, the ceramic manifold ring 6, and the seal ring 11, are usually used as a release agent such as boron nitride or alumina. By interposing ceramic fine particles such as, or low melting point glass fine particles, good gas sealing properties can be maintained for a long period of time. Further, since the seizure of the members can be prevented and the disassembling can be facilitated, the disassembling work when replacing the defective unit fuel cell among the unit fuel cells formed by stacking a plurality of members can be easily performed.

【0036】図5は、本発明の第1実施例の変形例に係
りセパレータ5に内蔵されたスペーサ11の他の構成例を
斜視的に示したものである。この変形例は、上記第1実
施例と同様の構成の燃料電池において、マニホールド領
域でのセパレータ5の平面性を確保し、マニホールドリ
ング6やシールリング10との良好な接触を得るための他
の構成例に関するものである。
FIG. 5 is a perspective view showing another structural example of the spacer 11 incorporated in the separator 5 according to the modification of the first embodiment of the present invention. In this modification, in the fuel cell having the same configuration as that of the first embodiment, another method for ensuring the flatness of the separator 5 in the manifold region and obtaining good contact with the manifold ring 6 and the seal ring 10 is provided. It relates to a configuration example.

【0037】すなわち、この変形例に係るスペーサ11
は、図5に示すように上下面を平面として構成してい
る。このように、スペーサ11の上下面を平面として構成
した場合には、セパレータ5の平面が保たれるので、締
め付け時において、マニホールド領域を構成し、対接す
る固体部材同士の接触がさらに良好に保たれ、気密な封
止および接合の形成に寄与する。
That is, the spacer 11 according to this modification.
Has upper and lower surfaces formed into flat surfaces as shown in FIG. In this way, when the upper and lower surfaces of the spacer 11 are configured as flat surfaces, the flat surface of the separator 5 is maintained, so that the manifold area is configured and the solid members that are in contact with each other are kept in good contact during tightening. Sagging contributes to the formation of airtight seals and bonds.

【0038】(第2実施例)図6は、本発明の第2実施
例に係り、その燃料電池の要部構成を断面的に示したも
のである。この構成例においては、図1に図示した構成
例に対して、セラミック製のマニホールドリング6の厚
さを上記第1の実施例のものよりも薄く構成し、金属製
の厚板リング12,12′をマニホールドリング6の両面側
に積層して、所定のガスチャネルを形成した点が特徴で
ある。その他の構成は基本的に前述の第1実施例と同様
である。
(Second Embodiment) FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the main part of a fuel cell according to the second embodiment of the present invention. In this configuration example, in comparison with the configuration example shown in FIG. 1, the thickness of the ceramic manifold ring 6 is smaller than that of the first embodiment, and the metal thick plate rings 12, 12 are formed. ′ Is laminated on both sides of the manifold ring 6 to form a predetermined gas channel. The other structure is basically the same as that of the first embodiment.

【0039】そして、この第2実施例の構成において
は、マニホールド領域のガスシール構造は、セパレータ
部材5b、シールリング10、厚板リング12、マニホールド
リング6、厚板リング12′およびセパレータ部材5cの積
層により、互いに隣接する表面同士を接触させ、積層方
向に締め付けることにより構成されている。ここで、厚
板リング12,12′は、薄板のセパレータ部材5b,5cやシ
ールリング10などに比べて上下面の平面度を高く保つこ
とができるので、マニホールドリング6との接触をより
良好にすることが可能となる。
In the structure of the second embodiment, the gas seal structure in the manifold area is composed of the separator member 5b, the seal ring 10, the thick plate ring 12, the manifold ring 6, the thick plate ring 12 'and the separator member 5c. By stacking, the surfaces adjacent to each other are brought into contact with each other and tightened in the stacking direction. Here, since the thick plate rings 12 and 12 'can maintain the flatness of the upper and lower surfaces higher than those of the thin separator members 5b and 5c and the seal ring 10, the contact with the manifold ring 6 is further improved. It becomes possible to do.

【0040】また、この構成例においても、マニホール
ド領域を構成する固体部材は単に機械的に接触した形態
を採用しているため、燃料電池の発電時における昇降温
に対して、熱膨張差に起因する熱応力の発生が解消され
ることになる。したがって、従来問題になっていた熱応
力によるマニホールドリング6の破壊なども回避され、
高いガスシールの信頼性が保たれる。さらに、マニホー
ルド領域の構成が機械的な接触による組み合わせである
ことに伴い、組み立ておよび製造が簡略になると共に、
複数積層して構成している単位燃料電池のうち不具合の
発生した単位燃料電池を交換する際の分解作業が簡単に
行える。
Also in this configuration example, since the solid members forming the manifold region are simply in mechanical contact with each other, a difference in thermal expansion is caused by temperature rise / fall during power generation of the fuel cell. The generation of thermal stress is eliminated. Therefore, destruction of the manifold ring 6 due to thermal stress, which has been a problem in the past, can be avoided,
High gas seal reliability is maintained. Furthermore, since the structure of the manifold area is a combination by mechanical contact, assembly and manufacturing are simplified, and
It is possible to easily perform disassembly work when replacing a defective unit fuel cell among a plurality of unit fuel cells configured by stacking.

【0041】なお、組み立ておよび製造に当たって、セ
パレータ部材5bとシールリング10と厚板リング12、厚板
リング12′とセパレータ部材5cの積層配置に先立って、
それぞれ予めろう付け,溶接,高温接着剤による接着な
どで接合しておけば、組み立て作業性およびガスシール
性が向上する。
In assembly and manufacturing, prior to the laminated arrangement of the separator member 5b, the seal ring 10 and the thick plate ring 12, and the thick plate ring 12 'and the separator member 5c,
Assembling workability and gas sealability are improved by preliminarily joining them by brazing, welding, or bonding with a high-temperature adhesive.

【0042】(第3実施例)図7は、本発明の第3実施
例に係り、その燃料電池の要部構成を断面的に示したも
のである。この構成例においては、図6に図示した構成
例に対して、セラミック製のマニホールドリング6は内
周面の厚さに比べて外周面の厚さを厚く構成し、逆に金
属製厚板リング12,12′の一方の面は、内周面の厚さに
比べて外周面の厚さを薄くしたテーパ状に構成した点を
特徴としている。そして、マニホールドリング6両面側
に厚板リング12,12′の面を合わせて積層し、所要のガ
スチャネルを形成している。
(Third Embodiment) FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of the main part of a fuel cell according to the third embodiment of the present invention. In this configuration example, in contrast to the configuration example shown in FIG. 6, the ceramic manifold ring 6 is configured such that the outer peripheral surface is thicker than the inner peripheral surface. One of the surfaces 12 and 12 'is characterized in that it is formed in a tapered shape in which the outer peripheral surface is thinner than the inner peripheral surface. The faces of the thick plate rings 12 and 12 'are laminated on both sides of the manifold ring 6 to form a desired gas channel.

【0043】他の構成は、基本的に上記に説明した実施
例と同様な構成である。そして、この図7に示した積層
型燃料電池の構成においても、マニホールド領域のガス
シール構造は、セパレータ部材5b、シールリング10、厚
板リング12、マニホールドリング6、厚板リング12′お
よびセパレータ部材5cの積層により、互いに隣接する表
面同士を接触させ、積層方向に締め付けることにより構
成されている。
The other structure is basically the same as that of the embodiment described above. Also in the structure of the stacked fuel cell shown in FIG. 7, the gas seal structure in the manifold region has a separator member 5b, a seal ring 10, a thick plate ring 12, a manifold ring 6, a thick plate ring 12 'and a separator member. By stacking 5c, adjacent surfaces are brought into contact with each other and tightened in the stacking direction.

【0044】また、この構成例の場合は、燃料電池の発
電時における昇降温時において、マニホールドリング6
と厚板リング12,12′とは熱膨張差があるため、熱膨張
により半径を大きくする方向の変形を生じる。そして、
この変形は金属製の厚板リング12,12′の方が大きく、
それらの接触面は内周側から外周側へと押される形態を
採るため、相互の接触はより堅固なものとなり、ガスシ
ール性の向上が図られる。
Further, in the case of this configuration example, the manifold ring 6 is used when the temperature of the fuel cell is raised or lowered during power generation.
Since there is a difference in thermal expansion between the thick plate rings 12 and 12 ', thermal expansion causes deformation in the direction of increasing the radius. And
This deformation is larger for the metal plate rings 12 and 12 ',
Since these contact surfaces are pushed from the inner peripheral side to the outer peripheral side, mutual contact becomes more solid and the gas sealability is improved.

【0045】加えて、マニホールド領域を構成する固体
部材は単に機械的に接触した形態を採用しているに過ぎ
ないため、燃料電池の発電時における温度変化に対して
も、熱膨張差に起因する熱応力の発生が解消されること
になる。したがって、従来問題になっていた熱応力によ
るマニホールドリング6の破壊なども回避され、高いガ
スシールの信頼性が保たれる。さらに、マニホールド領
域の構成が機械的な接触による組み合わせであることに
伴い、組み立ておよび製造が簡略になと共に、複数積層
して構成している単位燃料電池のうち不具合の発生した
単位燃料電池を交換する際の分解作業が簡単に行える。
In addition, since the solid members forming the manifold area are merely in mechanical contact with each other, the thermal expansion difference is caused by the temperature change during power generation of the fuel cell. Generation of thermal stress will be eliminated. Therefore, destruction of the manifold ring 6 due to thermal stress, which has been a problem in the past, can be avoided, and high reliability of the gas seal can be maintained. Further, since the structure of the manifold area is a combination by mechanical contact, the assembly and manufacturing are simplified, and the defective unit fuel cell among the unit fuel cells formed by stacking a plurality of units is replaced. The disassembly work can be done easily.

【0046】なお、組み立ておよび製造に当たって、セ
パレータ部材5bとシールリング10と厚板リング12、厚板
リング12′とセパレータ部材5cを積層配置に先立って、
それぞれ予めろう付け,溶接,高温接着剤による接着な
どで接合しておけば、組み立て作業性およびガスシール
性の向上を図り得る。
Before assembly and manufacturing, the separator member 5b, the seal ring 10 and the thick plate ring 12, and the thick plate ring 12 'and the separator member 5c are stacked and arranged.
If they are previously joined by brazing, welding, bonding with a high-temperature adhesive, etc., the assembly workability and the gas sealability can be improved.

【0047】(第4実施例)図8は、本発明の第4実施
例について、その燃料電池の要部構成を断面的に示した
ものである。この構成例においては、図7に示した構成
例に対して、いわゆるマニホールド領域を、内周面の厚
さに比べて外周面の厚さを厚く構成したセラミック製の
マニホールドリング6と、逆に内周面の厚さに比べて外
周面の厚さを薄くしたテーパ付きの金属製厚板リング1
2,12′のみを固体部材として用い(シールリング10を
除去している)た点を特徴としている。そして、マニホ
ールドリング6両面側に厚板リング12,12′の面を合わ
せて積層して、所要のガスチャネルを形成している。他
の構成は、上記に説明した実施例と同様な構成である。
(Fourth Embodiment) FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of the main part of a fuel cell of a fourth embodiment of the present invention. In this configuration example, in contrast to the configuration example shown in FIG. 7, the so-called manifold region is made opposite to the ceramic manifold ring 6 in which the outer peripheral surface is thicker than the inner peripheral surface. Tapered metal plate ring with a thinner outer peripheral surface than the inner peripheral surface 1
The feature is that only 2 and 12 'are used as the solid member (the seal ring 10 is removed). The surfaces of the thick plate rings 12 and 12 'are laminated on both sides of the manifold ring 6 to form a desired gas channel. The other structure is the same as that of the embodiment described above.

【0048】そして、この図8に示した積層型燃料電池
の構成においても、マニホールド領域のガスシール構造
は、セパレータ部材5b、厚板リング12、マニホールドリ
ング6、厚板リング12′およびセパレータ部材5cの積層
により、互いに隣接する表面同士を接触させ、積層方向
に締め付けることにより構成されている。
Also in the structure of the laminated fuel cell shown in FIG. 8, the gas seal structure in the manifold region has a separator member 5b, a thick plate ring 12, a manifold ring 6, a thick plate ring 12 'and a separator member 5c. By laminating, the surfaces adjacent to each other are brought into contact with each other and tightened in the laminating direction.

【0049】この構成例の場合は、電解質板1のクリー
プ変形は、セパレータ部材5a,5b,5cの変形によって吸
収される。また、燃料電池の発電時における昇降温にお
いて、マニホールドリング6と厚板リング12,12′とは
熱膨張により半径を大きくする方向の変形を生じるが、
線熱膨張差があるため、この変形は金属製の厚板リング
12,12′の方が大きく、それらの接触面は内周側から外
周側へと押される形態を採るため、相互の接触はより堅
固なものとなり、ガスシール性能の向上が図られる。
In the case of this configuration example, the creep deformation of the electrolyte plate 1 is absorbed by the deformation of the separator members 5a, 5b, 5c. Further, when the fuel cell is heated or cooled during power generation, the manifold ring 6 and the thick plate rings 12 and 12 'are deformed in the direction of increasing the radius due to thermal expansion.
Due to the difference in linear thermal expansion, this deformation is caused by a metal plate ring.
12, 12 'are larger, and their contact surfaces are pushed from the inner peripheral side to the outer peripheral side, so that mutual contact becomes more solid and the gas sealing performance is improved.

【0050】加えて、マニホールド領域を構成する固体
部材は、単に機械的に接触した形態を採用しているに過
ぎないため、燃料電池の発電時における温度変化に対し
ても、熱膨張差に起因する熱応力の発生が解消されるこ
とになる。したがって、従来問題になっていた熱応力に
よるマニホールドリング6の破壊なども回避され、高い
ガスシールの信頼性が保たれる。さらに、マニホールド
領域の構成が機械的な接触による組み合わせであること
に伴い、組み立ておよび製造が簡略になと共に、複数積
層して構成している単位燃料電池のうち不具合の発生し
た単位燃料電池を交換する際の分解作業が簡単に行え
る。
In addition, since the solid members forming the manifold region are merely in mechanical contact with each other, the difference in thermal expansion caused by the temperature change during power generation of the fuel cell is also caused. The generation of thermal stress is eliminated. Therefore, destruction of the manifold ring 6 due to thermal stress, which has been a problem in the past, can be avoided, and high reliability of the gas seal can be maintained. Further, since the structure of the manifold area is a combination by mechanical contact, the assembly and manufacturing are simplified, and the defective unit fuel cell among the unit fuel cells formed by stacking a plurality of units is replaced. The disassembly work can be done easily.

【0051】なお、組み立て・製造に当たって、セパレ
ータ部材5bと厚板リング12、厚板リング12′とセパレー
タ部材5cの積層配置に先立って、それぞれ予めろう付
け,溶接,高温接着剤による接着などで接合しておけ
ば、組み立て作業性およびガスシール性の向上を図り得
る。
In the assembly / manufacturing, prior to the laminated arrangement of the separator member 5b and the thick plate ring 12 and between the thick plate ring 12 'and the separator member 5c, they are previously joined by brazing, welding, bonding with a high temperature adhesive, etc. If so, the assembling workability and the gas sealing property can be improved.

【0052】(第5実施例)図9は、本発明の第5実施
例に係る燃料電池の要部構成を示す断面図である。図9
において、積層型燃料電池本体部13は、電解質板をその
両主面側からアノード電極,カソード電極で挟むように
配設した構成の単位燃料電池間に、それぞれ集電板を介
して、セパレータを配設して構成されている。
(Fifth Embodiment) FIG. 9 is a sectional view showing the structure of a main part of a fuel cell according to a fifth embodiment of the present invention. Figure 9
In the laminated fuel cell main body 13, a separator is provided between unit fuel cells having a structure in which an electrolyte plate is sandwiched between anode electrodes and cathode electrodes from both main surface sides thereof, with a collector plate interposed therebetween. It is arranged.

【0053】ここで、積層型燃料電池本体部13は、単位
燃料電池に所要の燃料系ガスおよび酸化剤系ガスを供給
するためのガス供給マニホールド領域14、燃料系ガスお
よび酸化剤系ガスを排出するためのガス排出マニホール
ド領域15、起電部16に大別される。また、気密ベローズ
17a, 17b, 17cが、積層型燃料電池本体部13の上方に
配置されており、気体の供給・排気口 18a, 18b, 18c
から供給・排気される気体の圧力によって、起電部16,
ガス供給マニホールド領域14,ガス排出マニホールド領
域15をそれぞれ積層方向に締め付ける機能を有してい
る。また、下部締め付け板 19aと上部締め付け板 19bと
を備えており、積層型燃料電池本体部13および気密ベロ
ーズ 17a, 17b, 17cは、下部締め付け板 19a、上部締
め付け板 19bを固定するための締め付け棒 20a, 20bに
よる締め付け力で所定の位置関係を保って固定されてい
る。
Here, the laminated fuel cell main body portion 13 discharges the gas supply manifold region 14 for supplying the required fuel system gas and oxidant system gas to the unit fuel cell, and the fuel system gas and the oxidant system gas. The gas discharge manifold region 15 and the electromotive section 16 are roughly classified. Airtight bellows
17a, 17b, 17c are arranged above the laminated fuel cell main body 13, and gas supply / exhaust ports 18a, 18b, 18c are provided.
Depending on the pressure of the gas supplied and exhausted from the electromotive unit 16,
The gas supply manifold region 14 and the gas discharge manifold region 15 have a function of tightening each in the stacking direction. Further, the lower tightening plate 19a and the upper tightening plate 19b are provided, and the laminated fuel cell main body 13 and the airtight bellows 17a, 17b, 17c are tightening rods for fixing the lower tightening plate 19a and the upper tightening plate 19b. It is fixed with a predetermined positional relationship by the tightening force of 20a, 20b.

【0054】この構成においては、気密ベローズ 17a,
17b, 17cに、積層型燃料電池本体部13など収納する外
囲器(筐体)内の雰囲気ガスよりも高圧のガスを供給す
るようにしている。この高圧ガスの圧力により、積層型
燃料電池本体部13に圧縮力が働き、単位燃料電池の起電
部では電気的接触およびガスシールが確保され、さらに
マニホールド領域14,15ではガスシールが確保される。
そして、気密ベローズ17a, 17b, 17cへの高圧ガスの
供給圧力をそれぞれ異ならせることで、起電部の締め付
け力、およびマニホールド領域14,15 の締め付け力等を
それぞれ適性に制御することができる。このように制御
できることは、燃料電池の運転中においても、起電部の
接触面圧とマニホールド領域14,15の接触面圧とを、そ
れぞれ独立にその運転状況に対応して最適な状態に制御
できることを意味している。
In this structure, the airtight bellows 17a,
A gas having a pressure higher than that of the ambient gas in the enclosure (housing) in which the laminated fuel cell main body 13 and the like are housed is supplied to 17b and 17c. Due to the pressure of this high-pressure gas, a compressive force acts on the laminated fuel cell main body 13, electrical contact and gas seal are secured in the electromotive portion of the unit fuel cell, and gas seals are secured in the manifold regions 14 and 15. It
Then, by making the supply pressure of the high-pressure gas to the airtight bellows 17a, 17b, 17c different, it is possible to appropriately control the tightening force of the electromotive section, the tightening force of the manifold regions 14, 15, and the like. This control allows the contact surface pressure of the electromotive section and the contact surface pressures of the manifold regions 14 and 15 to be controlled independently to each other in an optimal state even in the operation of the fuel cell, corresponding to the operating conditions. It means that you can do it.

【0055】そして、起電部の接触面圧よりマニホール
ド領域の接触面圧を高くすることにより、マニホールド
領域のシール性能を良好にできる。図10は、本発明の第
5実施例の変形例に係り、その燃料電池の要部構成を断
面的に示したものである。
By making the contact surface pressure of the manifold region higher than the contact surface pressure of the electromotive portion, the sealing performance of the manifold region can be improved. FIG. 10 relates to a modification of the fifth embodiment of the present invention and is a cross-sectional view showing the configuration of the main part of the fuel cell.

【0056】この構成例においては、積層型燃料電池本
体部13および気密ベローズ 17a, 17b, 17cは、下部締
め付け板 19aと上部締め付け板 19bとを、締め付け棒 2
0a,20bによって締め付け固定するに際して、締め付け
棒 20a, 20bの挿通位置をマニホールド領域14,15に設
定し、所定の位置関係を保って固定させるように構成し
ている。この構成を採用した場合は、図9に図示した第
5実施例にに比べてコンパクト化が図れる。なお、図10
において、21は外囲器(筐体)、22は燃料電池支持体を
示している。
In this configuration example, the laminated fuel cell main body 13 and the airtight bellows 17a, 17b, 17c have a lower tightening plate 19a and an upper tightening plate 19b, and a tightening rod 2
When tightening and fixing by the 0a and 20b, the insertion positions of the tightening rods 20a and 20b are set in the manifold regions 14 and 15, and the fixing positions are maintained and fixed. When this structure is adopted, it can be made compact as compared with the fifth embodiment shown in FIG. Note that FIG.
In the figure, 21 is an envelope (housing), and 22 is a fuel cell support.

【0057】図11は、本発明の第5実施例の変形例に係
り、その燃料電池の要部構成を断面的に示したものであ
る。この構成例においては、気密ベローズ 17a, 17b,
17cを用いる代わりに、積層型燃料電池本体部13および
マニホールド領域14,15毎に、上部締め付け板 23a, 2
3b, 23cを配置する一方、上部板バネ 24a, 24b, 24c
および下部板バネ 24a′, 24b′, 24c′を介して締め
付け棒 25a, 25b, 25cで積層方向にそれぞれ締め付け
て構成している。このように構成した場合にも、締め付
け力を適宜に設定することにより、起電部の接触面圧と
マニホールド領域14,15の接触面圧とを、それぞれ独立
に適宜に制できる。そして、この構成の場合は、比較的
高価な気密ベローズ 17a, 17b, 17cの省略できるた
め、コストダウンとコンパクト化なども図り得る。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of the main part of the fuel cell according to a modification of the fifth embodiment of the present invention. In this configuration example, the airtight bellows 17a, 17b,
Instead of using the 17c, the upper tightening plates 23a, 2a are provided for each of the stacked fuel cell main body 13 and the manifold regions 14, 15.
While placing 3b and 23c, upper leaf springs 24a, 24b and 24c
And lower leaf springs 24a ', 24b', 24c ', and tightening rods 25a, 25b, 25c in the stacking direction. Even in such a configuration, by appropriately setting the tightening force, the contact surface pressure of the electromotive section and the contact surface pressure of the manifold regions 14 and 15 can be independently and appropriately controlled. Further, in this case, since the relatively expensive airtight bellows 17a, 17b, 17c can be omitted, cost reduction and downsizing can be achieved.

【0058】そして、この構成においては、前述したよ
うにマニホールド領域14,15および起電部16を気密ベロ
ーズ 17a, 17b, 17c, 17dの締付け力の選択設定によ
り、各別に接触面圧を制御している。したがって、マニ
ホールド領域14,15の接触面圧を起電部16の接触面圧よ
りも高く設定することにより、マニホールド領域のガス
シールを良好に保つことができる。
In this structure, as described above, the contact surface pressures of the manifold regions 14 and 15 and the electromotive section 16 are individually controlled by selectively setting the tightening force of the airtight bellows 17a, 17b, 17c and 17d. ing. Therefore, by setting the contact surface pressure of the manifold regions 14 and 15 higher than the contact surface pressure of the electromotive section 16, it is possible to maintain good gas sealing in the manifold region.

【0059】ここでは、マニホールド領域14,15の締付
け力を起電部16の締付け力よりも大きく設定して、マニ
ホールド領域のガスシールを良好にした例として説明し
たが、たとえば燃料電池の積層状態によっては、逆に起
電部16の締付けを力マニホールド領域14,15の締付け力
をよりも大きく、あるいは同等に設定してもよい。
Here, an example in which the tightening force of the manifold regions 14 and 15 is set to be larger than the tightening force of the electromotive section 16 to improve the gas seal in the manifold region has been described. Depending on the case, conversely, the tightening of the electromotive section 16 may be set to be larger than or equal to the tightening force of the force manifold regions 14 and 15.

【0060】(第6実施例)一般に、燃料電池において
は単位燃料電池の積層数が増加すると、積層方向に沿っ
てのガス供給もしくはガス排出が困難となるため、単位
燃料電池の積層方向の中間位置に、中間ガスヘッダーを
配置する構成が採用される。
(Sixth Embodiment) Generally, in a fuel cell, if the number of unit fuel cells stacked increases, it becomes difficult to supply or discharge gas along the stacking direction. A configuration in which the intermediate gas header is arranged at the position is adopted.

【0061】図12乃至図15は、このような中間ガスヘッ
ダーを具備する燃料電池に係る構成例の要部を示すもの
である。先ず図12 (a), (b)は、中間ガスヘッダーの概
略の上面図および側面図であり、図13は、中間ガスヘッ
ダーを横断面的に示す断面図である。さらに、図14は中
間ガスヘッダーを具備する燃料電池の側面図、図15は図
14のA−A線に沿った上面図をそれぞれ示している。
12 to 15 show the essential parts of a structural example relating to a fuel cell provided with such an intermediate gas header. First, FIGS. 12 (a) and 12 (b) are a schematic top view and a side view of the intermediate gas header, and FIG. 13 is a cross-sectional view showing the intermediate gas header in cross section. Further, FIG. 14 is a side view of a fuel cell equipped with an intermediate gas header, and FIG.
14A and 14B respectively show top views taken along the line AA.

【0062】図12 (a), (b)において、26は中間ガスヘ
ッダーであり、マニホールド領域14(15)の一部を成す燃
料ガス供給路(もしくは燃料ガス排出路) 26a,酸化剤
ガス供給路(もしくは酸化剤ガス排出路) 26bを有する
とともに、これら供給路もしくは排出路 26a,26bを燃料
ガス供給管(もしくは燃料ガス排出管)31a ,酸化剤ガ
ス供給管(もしくは酸化剤ガス排出管) 31bから分岐さ
せた構成となっている。そして、中間ガスヘッダー26
は、図13に横断面的に示すごとく、箱型の内部空間を仕
切り板 27cで気密に区画して燃料ガス供給口(もしくは
燃料ガス排出口)27a,酸化剤ガス供給口(もしくは酸
化剤ガス排出口) 27bが形成されている。
In FIGS. 12 (a) and 12 (b), 26 is an intermediate gas header, which is a fuel gas supply passage (or fuel gas discharge passage) 26a forming a part of the manifold area 14 (15) and an oxidant gas supply. The fuel gas supply pipe (or fuel gas discharge pipe) 31a, the oxidant gas supply pipe (or oxidant gas discharge pipe) 31a, and the supply passages or discharge passages 26a and 26b are provided. It has a structure branched from 31b. And the intermediate gas header 26
13, a box-shaped internal space is airtightly divided by a partition plate 27c to form a fuel gas supply port (or fuel gas discharge port) 27a, an oxidant gas supply port (or oxidant gas) as shown in FIG. 27b is formed.

【0063】そして、それらの供給口あるいは排出口27
a,27b を上下に配置された単位燃料電池積層セル28のマ
ニホールド領域にそれぞれ接続して、所要のマニホール
ド領域14,15を構成するとともに、燃料ガス供給管(も
しくは燃料ガス排出管) 31a,酸化剤ガス供給管(もし
くは酸化剤ガス排出管) 31bを、伸縮型の接続管29を介
して他の中間ガスヘッダー26の燃料ガス供給管(もしく
は燃料ガス排出管) 31aなどに接続し、ガス供給管 31a
(31b) から、ガス供給路 26a(26b) 、マニホールド領域
14,15 を介してそれぞれの単位燃料電池へガス供給を行
う構成となっている。
Then, their supply port or discharge port 27
a and 27b are respectively connected to the manifold regions of the unit fuel cell stack cells 28 arranged above and below to form the required manifold regions 14 and 15, and the fuel gas supply pipe (or fuel gas discharge pipe) 31a and the oxidation The agent gas supply pipe (or oxidant gas discharge pipe) 31b is connected to the fuel gas supply pipe (or fuel gas discharge pipe) 31a of the other intermediate gas header 26 via the expansion-contraction type connection pipe 29 to supply gas. Tube 31a
From (31b), gas supply path 26a (26b), manifold area
Gas is supplied to each unit fuel cell via 14,15.

【0064】図14は、中間ガスヘッダー26を具備した燃
料電池の概略全体構成を示している。 この燃料電池
は、複数個の単位燃料電池を積層して成る積層セル28間
に、中間ガスヘッダー26および中間スペーサ30介在さ
せ、位置決めして積層配置している。また、気密ベロー
ズ 17a, 17b, 17c、 17dを積層方向の上面側に配置
し、締付け板 19a, 19bおよび締付け棒 20a, 20bによ
って、各マニホールド領域14,15および起電部16などを
積層方向に締付けて固定し、シールした構成を成してい
る。ここで、各マニホールド領域14,15および起電部16
は、気密ベローズ 17a, 17b, 17c、 17dによって、圧
縮程度がそれぞれ適宜調整される。また、中間スペーサ
30は、図15に示すように、単位燃料電池積層セル28の起
電部16の外形寸法もしくはそれより大きめに形成し、マ
ニホールド領域14,15の一部を成す中間ガスヘッダー26
と離隔して配設されている。なお、中間スペーサ30は、
単位燃料電池積層セル28間を電気的に接続するため、電
子導電性材料で形成してある。
FIG. 14 shows a schematic overall structure of a fuel cell provided with the intermediate gas header 26. In this fuel cell, an intermediate gas header 26 and an intermediate spacer 30 are interposed between stacked cells 28 formed by stacking a plurality of unit fuel cells, and the cells are positioned and stacked. Further, the airtight bellows 17a, 17b, 17c, 17d are arranged on the upper surface side in the stacking direction, and the manifold plates 14, 15 and the electromotive section 16 are arranged in the stacking direction by the tightening plates 19a, 19b and the tightening rods 20a, 20b. Tightened, fixed, and sealed. Here, each manifold area 14 and 15 and the electromotive section 16
The degree of compression is appropriately adjusted by the airtight bellows 17a, 17b, 17c, 17d. Also, the intermediate spacer
As shown in FIG. 15, reference numeral 30 denotes an intermediate gas header 26 which is formed to have an outer size of the electromotive section 16 of the unit fuel cell laminated cell 28 or a size larger than that, and which forms a part of the manifold regions 14 and 15.
And are spaced apart from. The intermediate spacer 30 is
In order to electrically connect the unit fuel cell laminated cells 28, they are made of an electronically conductive material.

【0065】上記構成の燃料電池においては、外囲器21
外から供給される燃料ガスや酸化剤ガスは、各中間ガス
ヘッダー26を介して単位燃料電池積層セル28のマニホー
ルド領域に入る。その後、いわゆるチャンネル部に供給
されて電池反応後、燃料ガスや酸化剤ガスの排出マニホ
ールド領域を通って、中間ガスヘッダー26に集りガス排
出管 27a, 27bなど通って外囲器21外に排出される。
In the fuel cell having the above structure, the envelope 21
Fuel gas and oxidant gas supplied from the outside enter the manifold region of the unit fuel cell stack cell 28 via each intermediate gas header 26. After that, after being supplied to a so-called channel portion and undergoing a cell reaction, the fuel gas and the oxidant gas pass through the exhaust manifold region, gather at the intermediate gas header 26, and are exhausted to the outside of the envelope 21 through the gas exhaust pipes 27a and 27b. It

【0066】そして、この構成においては、前述したよ
うにマニホールド領域14,15および起電部16を気密ベロ
ーズ 17a, 17b, 17c, 17dの締付け力の選択設定によ
り、各別に接触面圧を制御している。したがって、マニ
ホールド領域14,15の接触面圧を起電部16の接触面圧よ
りも高く設定することにより、マニホールド部のガスシ
ールを良好に保つことができる。
In this structure, as described above, the contact surface pressures of the manifold regions 14 and 15 and the electromotive section 16 are individually controlled by selectively setting the tightening force of the airtight bellows 17a, 17b, 17c and 17d. ing. Therefore, by setting the contact surface pressure of the manifold regions 14 and 15 higher than the contact surface pressure of the electromotive section 16, it is possible to maintain good gas sealing of the manifold section.

【0067】また、上記構成の燃料電池では、単位燃料
電池を形成する電解質板などの各部材がクリープなどで
変形し、垂直方向の全体高さが減少したとき、その減少
分は垂直方向に設置された伸縮接続管29が縮むことで吸
収でき、マニホールド領域14,15および起電部16では、
気密ベローズ 17a, 17b, 17c, 17dの伸びにより吸収
できる。
In addition, in the fuel cell having the above structure, when each member such as the electrolyte plate forming the unit fuel cell is deformed by creep or the like and the overall height in the vertical direction is reduced, the reduced amount is installed in the vertical direction. The contracted expansion and contraction connecting tube 29 can be absorbed by contracting, and in the manifold regions 14 and 15 and the electromotive section 16,
It can be absorbed by the expansion of the airtight bellows 17a, 17b, 17c, 17d.

【0068】ここでは、マニホールド領域14,15の締付
け力を起電部16の締付け力よりも大きく設定して、マニ
ホールド領域のガスシールを良好にした例として説明し
たが、たとえば燃料電池の積層状態によっては、逆に起
電部16の締付けを力マニホールド領域14,15の締付け力
をよりも大きく、あるいは同等に設定してもよい。
Here, the tightening force of the manifold regions 14 and 15 is set to be larger than the tightening force of the electromotive section 16 to improve the gas sealing in the manifold region. However, for example, the stacked state of the fuel cell is described. Depending on the case, conversely, the tightening of the electromotive section 16 may be set to be larger than or equal to the tightening force of the force manifold regions 14 and 15.

【0069】第6実施例に係る燃料電池は、上記に示し
た構成に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しな
い範囲で種々変形して実施することができる。例えば、
中間ガスヘッダー26本体の一側面に、燃料ガスの供給管
31aおよび酸化剤ガスの排出管 31bを設置し、他の(反
対側)の側面に酸化剤ガス供給管 31bおよび燃料ガスの
供給管 31aをそれぞれ設置して、燃料ガスおよび酸化剤
ガスが対向流を成す構成としてもよい。
The fuel cell according to the sixth embodiment is not limited to the above-mentioned constitution, but can be variously modified and implemented without departing from the spirit of the invention. For example,
On one side of the main body of the intermediate gas header 26, a fuel gas supply pipe
31a and the oxidant gas discharge pipe 31b are installed, and the oxidant gas supply pipe 31b and the fuel gas supply pipe 31a are installed on the other (opposite side) sides, respectively, so that the fuel gas and the oxidant gas flow in opposite directions. May be configured.

【0070】[0070]

【発明の効果】上記したように本発明に係る燃料電池
は、マニホールド領域の熱応力に起因する破壊を防止す
る一方、マニホールド領域におけるガスシールの信頼性
を高めることが可能となる。つまり、組み立て製造過程
もしくは運転時の昇降温過程で発生する熱応力の影響が
大幅に低減・回避されるので、燃料電池の信頼性ないし
安全性に多くの影響を及ぼすマニホールドリングの破壊
などが回避され、マニホールド領域は信頼性の高いガス
シールを常に保持して安定した機能を呈することにな
る。そして、製造面では単位燃料電池の構成部材の交換
性も良好であり、歩留や生産性の向上にも大きく寄与す
るものといえる。
As described above, in the fuel cell according to the present invention, it is possible to prevent the destruction of the manifold area due to the thermal stress, while improving the reliability of the gas seal in the manifold area. In other words, the influence of thermal stress generated during the assembly manufacturing process or the temperature rising / falling process during operation is greatly reduced and avoided, and the destruction of the manifold ring, which has a large impact on the reliability or safety of the fuel cell, is avoided. Therefore, the manifold area always holds a reliable gas seal and exhibits a stable function. In terms of manufacturing, the replaceability of the constituent members of the unit fuel cell is also good, and it can be said that this will greatly contribute to the improvement of yield and productivity.

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

【図1】本発明の第1実施例に係る燃料電池の要部の構
成を示す断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施例に係る燃料電池のマニホー
ルド領域の形成に用いるマニホールドリングの構成を示
す斜視図。
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a manifold ring used for forming a manifold region of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施例に係る燃料電池のセパレー
タに内蔵されたスペーサの構成を示す斜視図。
FIG. 3 is a perspective view showing the structure of a spacer incorporated in the separator of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1実施例に係る燃料電池のマニホー
ルド領域の形成に用いるシールリングの構成を展開して
示す斜視図。
FIG. 4 is an exploded perspective view showing a configuration of a seal ring used for forming a manifold region of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1実施例の変形例に係る燃料電池の
セパレータに内蔵されたスペーサの他の構成を示す斜視
図。
FIG. 5 is a perspective view showing another configuration of a spacer incorporated in the separator of the fuel cell according to the modification of the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2実施例に係る燃料電池の要部の構
成を示す断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3実施例に係る燃料電池の要部の構
成を示す断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4実施例に係る燃料電池の要部の構
成を示す断面図。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of a fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第5実施例に係る燃料電池の要部の構
成を示す断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of a main part of a fuel cell according to a fifth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第5実施例の変形例に係る燃料電池
の要部の構成を示す断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the main parts of a fuel cell according to a modification of the fifth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第5実施例の変形例に係る燃料電池
の要部の構成を示す断面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of the main parts of a fuel cell according to a modification of the fifth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第6実施例に係る燃料電池が備える
中間ガスヘッダーの要部の構成を示すもので、 (a)は平
面図、 (b)は側面図。
12A and 12B show a configuration of a main part of an intermediate gas header included in a fuel cell according to a sixth embodiment of the present invention, wherein FIG. 12A is a plan view and FIG. 12B is a side view.

【図13】本発明の第6実施例に係る燃料電池が備える
中間ガスヘッダーの断面図。
FIG. 13 is a sectional view of an intermediate gas header included in a fuel cell according to a sixth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第6実施例に係る燃料電池の概略縦
断面図。
FIG. 14 is a schematic vertical sectional view of a fuel cell according to a sixth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第6実施例に係る燃料電池の概略横
断面図。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of a fuel cell according to a sixth embodiment of the present invention.

【図16】従来の積層型燃料電池の要部構成を展開して
示す斜視図。
FIG. 16 is an exploded perspective view showing a configuration of a main part of a conventional stacked fuel cell.

【図17】従来の燃料電池の要部構成を示す断面図。FIG. 17 is a cross-sectional view showing the configuration of a main part of a conventional fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…電解質板(電解質層) 2a…アノード 2b…カソード 3,3′…単位燃料電池 4a,4b…集電板 5…セパレータ 5a,5b,5c…セパレータ部材 6…マニホールドリング 7c,7d…ガスチャネル 8…貫通孔 9a…ロウ材 10…シールリング 10a…スプリング 11…スペーサ 12,12′…厚板リング 13…積層型燃料電池本体部 14,15…マニホールド領域 16…起電部 17a ,17b ,17c …気密ベロー 18a ,18b ,18c …気密ベローの気体供給・排気口 19a ,19b ,23a ,23b ,23c …締め付け板 20a ,20b ,25a ,25b ,25c ,25d ,25e …締め付け
棒 21…外囲器 22…支持体 24a ,24b ,24c …上バネ 24a ′,24b ′, 24c ′
…下バネ 26…中間ガスヘッダー 27a …燃料ガス供給・排気口 27b …酸化剤ガス供給・
排気口 28単位電池積層セル 29…伸縮型接続管 30…中間スペーサ 31a …燃料ガス供給・排出管 31b …酸化剤ガス供給・
排出管
1 ... Electrolyte plate (electrolyte layer) 2a ... Anode 2b ... Cathode 3, 3 '... Unit fuel cell 4a, 4b ... Current collector plate 5 ... Separator 5a, 5b, 5c ... Separator member 6 ... Manifold ring 7c, 7d ... Gas channel 8 ... Through hole 9a ... Brazing material 10 ... Seal ring 10a ... Spring 11 ... Spacer 12, 12 '... Thick plate ring 13 ... Stacked fuel cell main body 14, 15 ... Manifold region 16 ... Electromotive parts 17a, 17b, 17c … Airtight bellows 18a, 18b, 18c… Gas supply / exhaust ports of airtight bellows 19a, 19b, 23a, 23b, 23c… Tightening plates 20a, 20b, 25a, 25b, 25c, 25d, 25e… Tightening rods 21… Enclosure 22 ... Supports 24a, 24b, 24c ... Upper springs 24a ', 24b', 24c '
… Lower spring 26… Intermediate gas header 27a… Fuel gas supply / exhaust port 27b… Oxidant gas supply /
Exhaust port 28 Unit battery stack cell 29… Expandable connection pipe 30… Intermediate spacer 31a… Fuel gas supply / exhaust pipe 31b… Oxidant gas supply /
Discharge pipe

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電解質層を両主面側から一対の電極層で
挟む構成の単位燃料電池間に、該単位燃料電池の一主面
側に燃料系ガス流路を、他主面側に酸化剤系ガス流路を
形成するためのセパレータを介在させて成る積層型の燃
料電池本体と、 前記セパレータの厚さ方向に貫通する孔を介して前記燃
料系ガス流路および酸化剤系ガス流路にそれぞれ気密に
連通するマニホールド領域と、 を具備する燃料電池において、 前記マニホールド領域は、少なくとも電気絶縁性のマニ
ホールドリングを含む複数個のリング状部材を互いの積
層方向の面を接触させて配置すると共に、前記リング状
部材と該リング状部材に対応する前記セパレータとの互
いの対向する面を機械的に接触させて気密封止して構成
したことを特徴とする燃料電池。
1. A fuel system gas flow path is provided on one main surface side of the unit fuel cell and a fuel gas flow path is provided on the other main surface side between unit fuel cells having a structure in which an electrolyte layer is sandwiched between a pair of electrode layers from both main surface sides. A laminated fuel cell main body having a separator for forming an agent-based gas flow channel, and the fuel-based gas flow channel and the oxidant-based gas flow channel through holes penetrating in the thickness direction of the separator. In the fuel cell, each of the plurality of ring-shaped members including at least an electrically insulating manifold ring is arranged in contact with each other in a stacking direction surface. At the same time, the fuel cell is characterized in that the ring-shaped member and the separator corresponding to the ring-shaped member are mechanically brought into contact with each other to hermetically seal the surfaces.
【請求項2】 前記リング状部材と前記セパレータとの
互いの対向する面を気密に接触させるための締め付け力
を発生するマニホールド領域締め付け手段を設けたこと
を特徴とする請求項1記載の燃料電池。
2. The fuel cell according to claim 1, further comprising a manifold region tightening means for generating a tightening force for airtightly contacting mutually facing surfaces of the ring-shaped member and the separator. .
【請求項3】 前記リング状部材は、前記締め付け力に
対して復元性を有する金属製のシールリングを備えてい
ることを特徴とする請求項2記載の燃料電池。
3. The fuel cell according to claim 2, wherein the ring-shaped member is provided with a metal seal ring having a restoring property to the tightening force.
【請求項4】 前記リング状部材は、前記締め付け力に
対して剛性を有するスペーサを備えていることを特徴と
する請求項2記載の燃料電池。
4. The fuel cell according to claim 2, wherein the ring-shaped member includes a spacer having rigidity with respect to the tightening force.
【請求項5】 電解質層を両主面側から一対の電極層で
挟む構成の単位燃料電池間に、該単位燃料電池の一主面
側に燃料系ガス流路を、他主面側に酸化剤系ガス流路を
形成するためのセパレータを介在させて成る積層型の燃
料電池本体と、 前記セパレータの厚さ方向に貫通する孔を介して前記燃
料系ガス流路および酸化剤系ガス流路にそれぞれ気密に
連通するマニホールド領域と、 を具備する燃料電池において、 前記マニホールド領域は、少なくとも電気絶縁性のマニ
ホールドリングおよび締め付け力に対して剛性を有する
スペーサを含むシール部材を互いの積層方向の面を接触
させて配置すると共に、前記シール部材と該シール部材
に対応する前記セパレータとの互いの対向する面を機械
的に接触させて気密封止するための締め付け力を発生す
るマニホールド領域締め付け手段を設けて構成されてい
ることを特徴とする燃料電池。
5. A fuel system gas flow path is provided on one main surface side of the unit fuel cell, and a fuel system gas flow path is provided on the other main surface side between unit fuel cells having a structure in which an electrolyte layer is sandwiched between a pair of electrode layers from both main surface sides. A laminated fuel cell main body having a separator for forming an agent-based gas flow channel, and the fuel-based gas flow channel and the oxidant-based gas flow channel through holes penetrating in the thickness direction of the separator. In the fuel cell, each of which has a manifold region that communicates with each other in an airtight manner, and wherein the manifold region includes a seal member including at least an electrically insulating manifold ring and a spacer having rigidity with respect to a tightening force in a surface in a stacking direction with respect to each other. Are placed in contact with each other, and the tightening force for mechanically contacting the opposing surfaces of the seal member and the separator corresponding to the seal member to hermetically seal the surfaces is generated. A fuel cell, characterized in that the fuel cell is configured by providing a means for tightening a manifold region to be generated.
【請求項6】 前記燃料系ガス流路および酸化剤系ガス
流路にそれぞれ供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスに
基づいて電力を発生するための起電部と、この起電部を
前記単位燃料電池の積層方向に締め付ける締め付け力を
発生する起電部締め付け手段とを備え、前記マニホール
ド領域締め付け手段の締め付け力を前記起電部締め付け
手段の締め付け力よりも大きく設定したことを特徴とす
る請求項2または請求項5記載の燃料電池。
6. An electromotive unit for generating electric power based on the fuel gas and the oxidant gas supplied to the fuel gas passage and the oxidant gas passage, respectively, and the electromotive unit serving as the unit. An electromotive section tightening means for generating a tightening force for tightening in the stacking direction of the fuel cell, wherein the tightening force of the manifold area tightening means is set to be larger than the tightening force of the electromotive section tightening means. The fuel cell according to claim 2 or claim 5.
【請求項7】 前記マニホールド領域に対して分岐して
形成され、前記単位燃料電池の積層方向の前記マニホー
ルド領域間を接続する中間ヘッダを備えて構成されてい
ることを特徴とする請求項1または請求項5記載の燃料
電池。
7. The intermediate header, which is formed so as to branch to the manifold region and connects between the manifold regions in the stacking direction of the unit fuel cells. The fuel cell according to claim 5.
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