JPH08222263A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極反応部の締付力を任意に調整できるよう
にして燃料電池の締付力の最適化を行うようにする。 【構成】 電解質板１をカソード２とアノード３の両電
極で両面から挟んだセルＣを、上下のホルダー７と８の
間に保持させる。上部ホルダー７の中央部分の電極反応
部に空間部１４を設ける。この空間部１４内にスペーサ
１５を上下方向に変位できるように収納する。スペーサ
１５の下面にガス通路１６を形成する。スペーサ１５の
上面に配した薄板１７の周辺を空間部１４の周壁面に接
合する。薄板１７と空間部１４の天井面との間に空気圧
ＡＰを作用させて締付力Ｆ１を与えるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃料の有する化学エネル
ギーを直接電気エネルギーに変換させるエネルギー部門
で用いる燃料電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池のうち、たとえば、溶融炭酸塩
型燃料電池は、電解質として溶融炭酸塩を多孔質物質に
しみ込ませてなる電解質板（タイル）をカソード（酸素
極）とアノード（燃料極）の両電極で両面から挟み、カ
ソード側に酸化ガスを供給すると共にアノード側に燃料
ガスを供給することによりカソード側とアノード側で反
応を行わせて発電を行わせるようにしたものを１セルと
し、かかるセルをセパレータを介して適宜段数に積層し
スタックとするようにしてある。

【０００３】上記スタックとした燃料電池は、各セルご
とに電池性能が良好に維持されることが必要であり、各
セルにおいて電極反応部であるカソード及びアノードと
電解質板との接触部が一様な圧力分布で接触しているこ
と、電解質板の周辺部のウエットシール部のシール性が
維持されていること、等が要求されるため、燃料電池全
体を一定の締付力で均一に締め付けることが必要であ
る。

【０００４】かかる必要性を満たすために、燃料電池の
スタックを上下のホルダー間に配して締付装置により締
め付けることが行われている。一例を示すと、図３に概
略を示す如く、電解質板１をカソード２とアノード３の
両電極で両面から挟んでなるセルＣを、カソード２側に
酸化ガスＯＧを、又、アノード３側に燃料ガスＦＧをそ
れぞれ供給できるよう表裏両面にガス通路５，６を有す
るセパレータ４を介し積層してスタックＳとし、更に、
スタックＳの上部には、ガス通路６を有する上部ホルダ
ー７、ベローズ又はバネ等９を介して上部ボルスター１
０を配置し、スタックＳの下部には、ガス通路５を有す
る下部ホルダー８を配してその下に下部ボルスター１１
を配し、締付ボルト１２、ナット１３からなる締付装置
で締め付けて、締付力Ｆを付与させるようにしたもの、
あるいは、図４に示す如く、電解質板１をカソード２と
アノード３の両電極で両面から挟んでなるセルＣを、ガ
ス通路５，６を形成した上下のホルダー７と８の間に保
持させ、カソード２側に酸化ガスＯＧを、又、アノード
３側に燃料ガスＦＧをそれぞれ供給するようにした小型
の燃料電池を、上下のボルスター１０，１１、ベローズ
又はバネ等９、締付ボルト１２、ナット１３からなる締
付装置で締め付けて、上下のホルダー７，８に締付力Ｆ
を与えるようにしたもの、がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
燃料電池の締め付けの場合は、上下のホルダー７，８に
締付力Ｆを付与させると、中央部分の電極反応部と周辺
部のウエットシール部が一体的に同時に締め付けられる
ようになるものであるため、電極反応部の締付力を変化
させて電池性能に及ぼす影響を調べようとしても、電極
反応部の締付力を変化させると、ウエットシール部の締
付力が同時に変化してしまうとする問題がある。そのた
め、締付力の変化による電池性能の変化が電極反応部に
おける締付力の変化によるものであると断定できないば
かりでなく、図４に示す如き小型燃料電池の場合では、
試験用として最適であるが、電極反応部とウエットシー
ル部の締付力が一体であることから電池性能が締付力の
変化にどの程度依存しているかの試験を正確に行うこと
もできない、という問題がある。

【０００６】そこで、本発明は、電極反応部への締付力
を任意に調整できるようにしてウエットシール部の締付
力の変化を電池性能に及ぼす影響から除外できるように
しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、電解質板をカソードとアノードの両電極
で両面から挟んでなるセルを、上下のホルダーの間に保
持させて、カソード側に酸化ガスを、又、アノード側に
燃料ガスをそれぞれ供給するようにし、更に、上下のホ
ルダーに締付力を与えるようにしてある燃料電池におけ
る上記上部のホルダーの中央部分の電極反応部に相当す
る領域に、所要深さの空間部を形成し、該空間部内に下
面にガス通路を形成したスペーサを上下方向へ変位自在
に収納して、該スペーサの上面に外部からの空気圧を作
用させて締付力を与えるようにしてなる構成とし、更
に、電解質板をカソードとアノードの両電極で両面から
挟んでなるセルを、セパレータを介し多層に積層して、
上下のホルダーの間に保持させ、カソード側に酸化ガス
を、又、アノード側に燃料ガスをそれぞれ供給するよう
にし、更に、上下のホルダーに締付力を与えるようにし
てある燃料電池における上記上部のホルダー及びセパレ
ータの下面の中央部の電極反応部に相当する領域に、所
要深さの空間部を形成し、該空間部内に下面にガス通路
を形成したスペーサを上下方向へ変位自在に収納して、
該スペーサの上面に外部から空気圧を作用させて締付力
を与えるようにしてなる構成とする。

【０００８】

【作用】電極反応部の締付力とウエットシール部の締付
力を分けているため、ホルダー全体の締付力とは別に電
極反応部のみの締付力を調整することが可能となり、電
池性能が電極反応部の締付力によりどのように変化する
かを知ることが容易となる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１０】図１は本発明の一実施例を示すもので、図
３に示すように、電解質板１をカソード２とアノード３
の両電極で両側から挟むようにし、カソード２側に酸化
ガスＯＧを、又、アノード３側に燃料ガスＦＧをそれぞ
れ供給するようにしてあるセルＣを、表裏両面にガス通
路５，６を有するセパレータ４を介して多層に積層して
スタックＳとするようにし、更に、スタックＳをガス通
路５，６を有する上下のホルダー７と８で挟み、上部ホ
ルダー７の上方にベローズ又はバネ等９を介して上部ボ
ルスター１０を配し、下部ホルダー８の下側に配した下
部ボルスター１１とを締付ボルト１２とナット１３から
なる締付装置で締め付けることにより上下のホルダー
７，８に締付力Ｆが付与されるようにした構成におい
て、上部ホルダー７とセパレータ４の下面の電極反応部
に相当する領域に、所要深さの空間部１４を形成し、該
各空間部１４内に、下面にガス通路１６を形成したスペ
ーサ１５を収納して、上下方向に変位できるようにし、
且つ該スペーサ１５の上面に配した薄板１７の周辺部
を、空間部１４の周壁面に接合させてシールし、該薄板
１７と空間部１４の天井部との間の空隙部に外部より空
気圧ライン１８を通して空気圧ＡＰを作用させられるよ
うにし、空気圧ＡＰにより薄板１７の上面を加圧してス
ペーサ１５により電極反応部に締付力Ｆ１を付与させる
ようにする。

【００１１】上下のボルスター１０，１１、締付ボルト
１２及びナット１３により上下のホルダー７と８に締付
力Ｆを付与すると、電解質板１の周辺部のウエットシー
ル部は、上記締付力Ｆによりシールされ、上下のホルダ
ー７，８に作用させられる締付力Ｆを変化させることに
よりウエットシール部の締付力を変化させることができ
る。

【００１２】一方、電極反応部では、上下のホルダー
７，８に作用する締付力Ｆとは異なる締付力Ｆ１が空気
圧ＡＰにより与えられるようにしてあるので、上下のホ
ルダー７，８全体に作用させる締付力Ｆによるウエット
シール部の締付力と、電極反応部のスペーサ１５に作用
させる押付力による電極反応部の締付力とを互いに変化
させることができる。

【００１３】本発明においては、上記のように、電極反
応部のみの締付力Ｆ１を、スペーサ１５に作用させる空
気圧ＡＰにより調整することが可能となったため、ウエ
ットシール部の締付力の変化による電池性能への影響を
除去することができて、電池性能の締付力依存性を正確
に把握することができることになる。これにより燃料電
池の締付力の最適化を行うことができる。

【００１４】次に、図２は燃料電池セル１段を上下のホ
ルダー７と８との間に保持させた小型の燃料電池の例を
示すもので、電解質板１をカソード２とアノード３の両
電極で両面より挾持させてなるセルＣを、図１に示した
上下のホルダー７，８と同じ構成のホルダー７と８で挾
持させ、上部ホルダー７の空間部１４内にあるスペーサ
１５とカソード２との間には酸化ガスＯＧを供給し、下
部ホルダー８とアノード３との間には燃料ガスＦＧを供
給するようにし、空間部１４の天井側とスペーサ１５の
上面の薄板１７との間には、外部より空気圧ライン１８
を通して空気圧ＡＰを作用させるようにし、全体を図１
の場合と同様に締付装置としての上下のボルスター１
０，１１、締付ボルト１２、ナット１３により所定の締
付力Ｆを付与させるようにしたものである。

【００１５】図２の実施例においては、セルが１つであ
るため、締付力の電池性能に与える影響を容易に把握す
ることが可能となり、この場合に、ウエットシール部と
電極反応部とを分離させて、電極反応部のみの締付力Ｆ
１を調整でき、電池性能の締付力依存性をより正確に把
握することができることになる。

【００１６】なお、上記図１、図２の各実施例では、薄
板１７の周辺部を空間部１４の周壁面に接合させてシー
ルさせた場合を示したが、薄板１７に代えて空気袋、ベ
ローズを、スペーサ１５と空間部１４の天井面との間に
介在させ、外部から空気圧を調整してスペーサ１５への
締付力を調整させるようにしてもよく、又、電解質板１
の上面にカソード２を、又、下面にアノード３をそれぞ
れ配置した場合を示したが、上面にアノード３を、又、
下面にカソード２をそれぞれ配置するようにしてもよい
こと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々
変更を加え得ることは勿論である。

【００１７】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の燃料電池によ
れば、電解質板をカソードとアノードの両電極で両面か
ら挾持させ、カソード側に酸化ガスを、又、アノード側
に燃料ガスをそれぞれ供給するようにしてあるセルを、
上下のホルダーで挾持させるか、あるいは、セルをセパ
レータを介し積層して上下のホルダーで挾持させ、更
に、上下のボルスター、ベローズ又はバネ、締付ボル
ト、ナット等からなる締付装置で上下のホルダーに締付
力を付与させるようにしてある構成において、上部ホル
ダーやセパレータの下面に、周辺部を除く中央部分の電
極反応部に相当する領域に空間部を設けて、該空間部内
に、下面にガス通路を有するスペーサを上下方向に変位
自在に収納し、該スペーサに外部からの空気圧により締
付力を与えるようにした構成としてあるので、上下のホ
ルダーを締め付けることによるウエットシール部の締付
力と電極反応部の締付力とを分離させて、電極反応部の
みの締付力を調整することができ、ウエットシール部の
締付力を、電池性能に影響を与える締付力から除外する
ことができて、電極反応部の締付力の電池性能に及ぼす
影響を把握できることになり、燃料電池の締付力の最適
化が行えることになる、という優れた効果が奏し得ら
れ、又、セルを上下のホルダーで挟んでなる燃料電池を
小型試験用とすることにより、電池性能の締付力依存性
を見る試験を正確に行うことができる、という効果も奏
し得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池の一実施例を示す概略切断側
面図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す概略切断側面図であ
る。

【図３】従来の燃料電池の一例を示す概略切断側面図で
ある。

【図４】従来の燃料電池の他の例を示す概略切断側面図
である。

【符号の説明】

１ 電解質板 ２ カソード ３ アノード ４ セパレータ ５，６ ガス通路 ７ 上部ホルダー ８ 下部ホルダー １４ 空間部 １５ スペーサ １６ ガス通路 ＯＧ 酸化ガス ＦＧ 燃料ガス Ｆ，Ｆ１ 締付力 ＡＰ 空気圧

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解質板をカソードとアノードの両電極
   で両面から挟んでなるセルを、上下のホルダーの間に保
   持させて、カソード側に酸化ガスを、又、アノード側に
   燃料ガスをそれぞれ供給するようにし、更に、上下のホ
   ルダーに締付力を与えるようにしてある燃料電池におけ
   る上記上部のホルダーの中央部分の電極反応部に相当す
   る領域に、所要深さの空間部を形成し、該空間部内に下
   面にガス通路を形成したスペーサを上下方向へ変位自在
   に収納して、該スペーサの上面に外部からの空気圧を作
   用させて締付力を与えるようにしてなる構成を有するこ
   とを特徴とする燃料電池。
2. 【請求項２】 電解質板をカソードとアノードの両電極
   で両面から挟んでなるセルを、セパレータを介し多層に
   積層して、上下のホルダーの間に保持させ、カソード側
   に酸化ガスを、又、アノード側に燃料ガスをそれぞれ供
   給するようにし、更に、上下のホルダーに締付力を与え
   るようにしてある燃料電池における上記上部のホルダー
   及びセパレータの下面の中央部の電極反応部に相当する
   領域に、所要深さの空間部を形成し、該空間部内に下面
   にガス通路を形成したスペーサを上下方向へ変位自在に
   収納して、該スペーサの上面に外部から空気圧を作用さ
   せて締付力を与えるようにしてなる構成を有することを
   特徴とする燃料電池。