JPH0778620A - 固体電解質燃料電池のガスのシール構造 - Google Patents
固体電解質燃料電池のガスのシール構造Info
- Publication number
- JPH0778620A JPH0778620A JP5225943A JP22594393A JPH0778620A JP H0778620 A JPH0778620 A JP H0778620A JP 5225943 A JP5225943 A JP 5225943A JP 22594393 A JP22594393 A JP 22594393A JP H0778620 A JPH0778620 A JP H0778620A
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- JP
- Japan
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- gas
- fuel cell
- solid electrolyte
- sealing
- electrolyte fuel
- Prior art date
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 固体電解質燃料電池の燃料極側ガスと空気極
側ガスとが混合しないようにシールする構造であって、
シール材として金属パッキング１８を用いた。 【効果】 本発明のシール構造によれば、固体電解質燃
料電池の構成部分が劣化することなく、優れたガスシー
ル効果を得ることができる。
側ガスとが混合しないようにシールする構造であって、
シール材として金属パッキング１８を用いた。 【効果】 本発明のシール構造によれば、固体電解質燃
料電池の構成部分が劣化することなく、優れたガスシー
ル効果を得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質燃料電池の
燃料極側ガスと空気極側ガスとが混合しないようにシー
ルする構造に関する。
燃料極側ガスと空気極側ガスとが混合しないようにシー
ルする構造に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】固体電解
質燃料電池において、燃料極側ガスと空気極側ガスとが
混合しないようにシールする場合、従来は次の４つの方
法が試みられてきた。 ＳｉＯ２を含むガラスをシール剤として用いる方法 セラミック接着剤を用いる方法 シールすべき部分を高温で焼結接合する方法 セラミックス多孔体をパッキングとして用いる方法
質燃料電池において、燃料極側ガスと空気極側ガスとが
混合しないようにシールする場合、従来は次の４つの方
法が試みられてきた。 ＳｉＯ２を含むガラスをシール剤として用いる方法 セラミック接着剤を用いる方法 シールすべき部分を高温で焼結接合する方法 セラミックス多孔体をパッキングとして用いる方法
【０００３】しかしながら、これらの方法にはそれぞれ
次のような欠点があり、必ずしも満足すべきものではな
かった。 固体電解質燃料電池の作動中に燃料極側でＳｉＯ２
が蒸発し、例えば燃料極中のＺｒＯ２と反応してＺｒＳ
ｉＯ４を形成し、燃料極を劣化させる。 完全にシールするのが難しい上に、シール部と他の
構成部分との熱膨張率が異なるため、ヒートサイクルに
弱く、クラックが入り易い。 固体電解質燃料電池の作動温度よりも高温で焼結す
るため、焼結時に固体電解質燃料電池を構成する各部材
間の固相反応が促進されて劣化する。 ガスのリーク量が多い。
次のような欠点があり、必ずしも満足すべきものではな
かった。 固体電解質燃料電池の作動中に燃料極側でＳｉＯ２
が蒸発し、例えば燃料極中のＺｒＯ２と反応してＺｒＳ
ｉＯ４を形成し、燃料極を劣化させる。 完全にシールするのが難しい上に、シール部と他の
構成部分との熱膨張率が異なるため、ヒートサイクルに
弱く、クラックが入り易い。 固体電解質燃料電池の作動温度よりも高温で焼結す
るため、焼結時に固体電解質燃料電池を構成する各部材
間の固相反応が促進されて劣化する。 ガスのリーク量が多い。
【０００４】本発明の課題は、上記の欠点を解消し得
て、固体電解質燃料電池の構成部分を劣化させることな
く、ガスのシール効果に優れたシール構造を提供する処
にある。
て、固体電解質燃料電池の構成部分を劣化させることな
く、ガスのシール効果に優れたシール構造を提供する処
にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の固体電解質燃料
電池のガスのシール構造は、固体電解質燃料電池の燃料
極側ガスと空気極側ガスとが混合しないようにシールす
る構造であって、シール材として金属パッキングを用い
たことを特徴とする。
電池のガスのシール構造は、固体電解質燃料電池の燃料
極側ガスと空気極側ガスとが混合しないようにシールす
る構造であって、シール材として金属パッキングを用い
たことを特徴とする。
【０００６】金属パッキングは、ニッケル（Ｎｉ）、コ
バルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）またはそれらを含む合金か
らなるのが好ましい。
バルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）またはそれらを含む合金か
らなるのが好ましい。
【０００７】金属パッキングは、特にＮｉまたはＣｏの
単体金属からなるのが好ましい。
単体金属からなるのが好ましい。
【０００８】
【作用】シール材である金属パッキングをシール部に挿
入しているため、空気極側ガス（酸化性雰囲気）に接触
した部分のパッキングが昇温時に酸化膨張し、ガスのシ
ールがより完全になる。
入しているため、空気極側ガス（酸化性雰囲気）に接触
した部分のパッキングが昇温時に酸化膨張し、ガスのシ
ールがより完全になる。
【０００９】一旦緻密な酸化物層が形成されると、空気
極側ガスはそれ以上シール部の中に入っていかないの
で、昇温中（運転中）は、金属パッキングの酸化はそれ
以上内部に進行しない。
極側ガスはそれ以上シール部の中に入っていかないの
で、昇温中（運転中）は、金属パッキングの酸化はそれ
以上内部に進行しない。
【００１０】運転休止中の低温時にパッキングが収縮し
てシール部に隙間ができても、運転を再開すれば、隙間
からシール部の中に入った空気極側ガスにより、前回の
酸化膨張部分より奥の未酸化部分が昇温時に酸化膨張
し、ガスのシール性が回復する。
てシール部に隙間ができても、運転を再開すれば、隙間
からシール部の中に入った空気極側ガスにより、前回の
酸化膨張部分より奥の未酸化部分が昇温時に酸化膨張
し、ガスのシール性が回復する。
【００１１】パッキングに用いる金属としては、空気極
側ガス（酸化性雰囲気）下において酸化物の状態で安定
であり、燃料極側ガス（還元性雰囲気）下において金属
の状態で安定なものであれば、基本的にはどのような金
属でもよいが、価格、その他の面でＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅま
たはそれらを含む合金であるのが好ましい。
側ガス（酸化性雰囲気）下において酸化物の状態で安定
であり、燃料極側ガス（還元性雰囲気）下において金属
の状態で安定なものであれば、基本的にはどのような金
属でもよいが、価格、その他の面でＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅま
たはそれらを含む合金であるのが好ましい。
【００１２】特に、Ｎｉ、Ｃｏの単体金属は軟らかいた
め、応力を吸収し、固体電解質燃料電池の構成部分にダ
メージを与えないので好ましい。
め、応力を吸収し、固体電解質燃料電池の構成部分にダ
メージを与えないので好ましい。
【００１３】
【実施例】図１は、円筒型固体電解質燃料電池のガスの
シール構造を示している。
シール構造を示している。
【００１４】図において、１０は円筒型セル（固体電解
質燃料電池）であり、このセル１０はその上部のガス導
入部１２において支持体（マニホールド）１４に固定さ
れている。１６は、セル１０内に空気極側ガスである空
気を導入する空気導入管である。セル１０に導入された
空気のうち、余剰の未反応空気は空気導入管１６と外側
のガス導入部１２との間の環状空隙から排気される。ガ
ス導入部１２は金属パッキング１８を介して支持体１４
に固定シールされており、セル１０の外側を通った未反
応の燃料ガス（燃料極側ガス）が未反応空気と混合しな
いようになっている。
質燃料電池）であり、このセル１０はその上部のガス導
入部１２において支持体（マニホールド）１４に固定さ
れている。１６は、セル１０内に空気極側ガスである空
気を導入する空気導入管である。セル１０に導入された
空気のうち、余剰の未反応空気は空気導入管１６と外側
のガス導入部１２との間の環状空隙から排気される。ガ
ス導入部１２は金属パッキング１８を介して支持体１４
に固定シールされており、セル１０の外側を通った未反
応の燃料ガス（燃料極側ガス）が未反応空気と混合しな
いようになっている。
【００１５】本実施例のシール構造においては、外径１
６．０ｍｍの円筒状のガス導入部１２に、厚さ０．０６
ｍｍのＮｉ箔を二重にしたものを５ｍｍの長さで巻き付
けて長さ５ｍｍの円筒状金属パッキング１８とし、これ
を、ハステロイＸ（三菱マテリアル（株）製の耐熱合
金）で作られた支持体１４に開けられた内径１６．１ｍ
ｍの取付孔に押入して固定している。
６．０ｍｍの円筒状のガス導入部１２に、厚さ０．０６
ｍｍのＮｉ箔を二重にしたものを５ｍｍの長さで巻き付
けて長さ５ｍｍの円筒状金属パッキング１８とし、これ
を、ハステロイＸ（三菱マテリアル（株）製の耐熱合
金）で作られた支持体１４に開けられた内径１６．１ｍ
ｍの取付孔に押入して固定している。
【００１６】このようなシール構造を有する円筒型固体
電解質燃料電池を作動させると、図２に示すように、金
属パッキング１８のうちの空気に接触した部分が昇温時
に酸化膨張して酸化物形成部２０となり、ガスのシール
がより完全になる。
電解質燃料電池を作動させると、図２に示すように、金
属パッキング１８のうちの空気に接触した部分が昇温時
に酸化膨張して酸化物形成部２０となり、ガスのシール
がより完全になる。
【００１７】運転を止めて室温まで冷却すると、この酸
化物形成部２０も収縮してシール部に隙間ができる可能
性があるが、その場合でも、運転を再開すれば、隙間か
らシール部の中に入った空気により、酸化物形成部２０
より下側の未酸化部分が昇温時に酸化膨張して新たな酸
化物形成部ができ、ガスのシール性が回復する。
化物形成部２０も収縮してシール部に隙間ができる可能
性があるが、その場合でも、運転を再開すれば、隙間か
らシール部の中に入った空気により、酸化物形成部２０
より下側の未酸化部分が昇温時に酸化膨張して新たな酸
化物形成部ができ、ガスのシール性が回復する。
【００１８】本実施例の固体電解質燃料電池を用いて発
電実験を行ない、室温・１０００℃・室温のヒートサイ
クルを４回繰返した後にも、シール部からのガスのリー
クやシール材の飛散によるセルの劣化は見られなかっ
た。
電実験を行ない、室温・１０００℃・室温のヒートサイ
クルを４回繰返した後にも、シール部からのガスのリー
クやシール材の飛散によるセルの劣化は見られなかっ
た。
【００１９】一方、比較例として、リン酸アルミニウム
系のセラミック接着剤であるアロンセラミック（東亞合
成化学工業（株）製）をシール剤として用いて、実施例
と同様の発電実験を行なったところ、１回のヒートサイ
クル後にシール部からのガスのリークが認められた。
系のセラミック接着剤であるアロンセラミック（東亞合
成化学工業（株）製）をシール剤として用いて、実施例
と同様の発電実験を行なったところ、１回のヒートサイ
クル後にシール部からのガスのリークが認められた。
【００２０】また、パイレックスガラスを用いてシール
し、実施例と同様の発電実験を行なったところ、１００
０℃で１００時間作動させた後に燃料極に劣化が見ら
れ、燃料極上にＳｉの付着が確認された。
し、実施例と同様の発電実験を行なったところ、１００
０℃で１００時間作動させた後に燃料極に劣化が見ら
れ、燃料極上にＳｉの付着が確認された。
【００２１】なお、上記の実施例においては、円筒型固
体電解質燃料電池のガスのシール構造について説明した
が、本発明のシール構造は平板型固体電解質燃料電池に
も適用できる。
体電解質燃料電池のガスのシール構造について説明した
が、本発明のシール構造は平板型固体電解質燃料電池に
も適用できる。
【００２２】
【発明の効果】本発明のシール構造によれば、固体電解
質燃料電池の構成部分が劣化することなく、優れたガス
シール効果を得ることができる。
質燃料電池の構成部分が劣化することなく、優れたガス
シール効果を得ることができる。
【図１】本発明の一実施例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施例を示す部分拡大縦断面図であ
る。
る。
１０ 円筒型セル １２ ガス導入部 １４ 支持体 １６ 空気導入管 １８ 金属パッキング ２０ 酸化物形成部
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 稔 大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪 瓦斯株式会社内 (72)発明者 曽木 忠幸 大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪 瓦斯株式会社内 (72)発明者 梶村 敦子 草津市草津２丁目５−12−904
Claims (3)
- 【請求項１】 固体電解質燃料電池の燃料極側ガスと空
気極側ガスとが混合しないようにシールする構造であっ
て、シール材として金属パッキングを用いたことを特徴
とする固体電解質燃料電池のガスのシール構造。 - 【請求項２】 金属パッキングが、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅま
たはそれらを含む合金からなることを特徴とする請求項
１記載のシール構造。 - 【請求項３】 金属パッキングが、ＮｉまたはＣｏの単
体金属からなることを特徴とする請求項１記載のシール
構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5225943A JPH0778620A (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 固体電解質燃料電池のガスのシール構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5225943A JPH0778620A (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 固体電解質燃料電池のガスのシール構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0778620A true JPH0778620A (ja) | 1995-03-20 |
Family
ID=16837331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5225943A Pending JPH0778620A (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 固体電解質燃料電池のガスのシール構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0778620A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11185775A (ja) * | 1997-12-19 | 1999-07-09 | Chubu Electric Power Co Inc | 発電装置 |
| JP2008071711A (ja) * | 2006-09-15 | 2008-03-27 | Toto Ltd | 燃料電池セル構造部及びそれを含む燃料電池 |
| JP2012164500A (ja) * | 2011-02-07 | 2012-08-30 | Toto Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
-
1993
- 1993-09-10 JP JP5225943A patent/JPH0778620A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11185775A (ja) * | 1997-12-19 | 1999-07-09 | Chubu Electric Power Co Inc | 発電装置 |
| JP2008071711A (ja) * | 2006-09-15 | 2008-03-27 | Toto Ltd | 燃料電池セル構造部及びそれを含む燃料電池 |
| JP2012164500A (ja) * | 2011-02-07 | 2012-08-30 | Toto Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
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