JPH0831434A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

固体電解質型燃料電池

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JPH0831434A
JPH0831434A JP6168522A JP16852294A JPH0831434A JP H0831434 A JPH0831434 A JP H0831434A JP 6168522 A JP6168522 A JP 6168522A JP 16852294 A JP16852294 A JP 16852294A JP H0831434 A JPH0831434 A JP H0831434A
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雅芳 近藤
Koji Shiraki
孝司 白木
Hiroshi Tatsumi
浩史 辰己
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 発電用セルへのガスの分配を均一化し、発電
効率を改善した固体電解質型燃料電池を提供する。 【構成】 集電板1’(セパレータ3’)では、マニホ
ールド溝11A,11Bにそれぞれ、入口用ガス孔5A側あ
るいは出口用ガス孔5B側の始点から、最も遠いガス分
配溝7B側の終点にかけて勾配を設けている。この勾配
は、上記始点の深さを最も深く、両側の終点の深さを最
も浅くするようにしている。 【効果】 マニホールド溝11の深さをガス孔5に近い程
深く、遠い程浅くするように、マニホールド溝11の深さ
に勾配を設けることによって、各ガス分配溝7を流れる
ガスの流量を一定とすることができ、よって発電用セル
にガスを均一に分配・供給でき、その結果、均一な化学
反応が生じることにより発電特性を改善でき、良質な固
体電解質型燃料電池を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内部マニホールド型固
体電解質型燃料電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】内部マニホールド型固体電解質型燃料電
池の分解構成図を図4に示す。図4では2つの単電池D
を積層させて構成している。
【0003】図4において、1は金属部材の集電板、2
は発電部を形成する発電用セル、3は金属部材のセパレ
ータであり、単電池Dは、発電用セル2を集電板1とセ
パレータ3に挟んで構成されている。集電板1の発電用
セル2に対向する面と、セパレータ3の両面には、その
端部に、水素系の燃料ガスA、または酸素系の空気ガス
Bを供給・排出するガス孔5(入口用ガス孔5Aと出口
用ガス孔5B)が設けられ、図5に示すように、これら
ガス孔5からそれぞれ左右の周辺に沿ってガス孔5に連
通するマニホールド溝6(入口用マニホールド溝6Aと
出口用マニホールド溝6B)が設けられ、入口用マニホ
ールド溝6Aと出口用マニホールド溝6B間に、入口用
ガス孔5Aと出口用ガス孔5Bを結ぶ直線に平行に、発
電用セル2に燃料ガスA、または空気ガスBを分配・供
給する複数の溝(以下、ガス分配溝と称す)7が設けら
れている。また上記発電用セル2は、電解質のセラミッ
ク薄膜(固体電解質層)の表裏面に正極(空気極)、負
極(燃料極)を設けて構成されている。
【0004】上記構成により、通常1000℃の高温下で、
上部の単電池Dでは、燃料ガスAのガス孔5を介してセ
パレータ3のマニホールド溝6とガス分配溝7を通して
負極上に燃料ガスAを流し、空気ガスBのガス孔5を介
して集電板1のマニホールド溝6とガス分配溝7を通し
て正極上に空気ガスBを流すことにより電力を得、また
下部の単電池Dでは、燃料ガスAのガス孔5を介して集
電板1のマニホールド溝6とガス分配溝7を通して負極
上に燃料ガスAを流し、空気ガスBのガス孔5を介して
セパレータ3のマニホールド溝6とガス分配溝7を通し
て正極上に空気ガスBを流すことにより電力を得てい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の固体電
解質型燃料電池の構造では、入口用ガス孔5Aから出口
用ガス孔5Bまでの距離がガス分配溝7毎に異なるた
め、ガス分配溝7の圧損により入口用ガス孔5A側ある
いは出口用ガス孔5Bに近いガス分配溝7ほど流量が少
なくなり、図2に”×”で示すように、ガス分配溝7毎
に流れる燃料ガスA、または空気ガスBの流量が異な
り、発電用セル2に均一に燃料ガスA、または空気ガス
Bが分配されず、よって均一な化学反応を発生されるこ
とができず、良好な発電効率を得ることができないとい
う問題があった。図2において、溝番号は、入口用ガス
孔5Aにもっとも近いガス分配溝7Aの番号を”1”、
最も遠いガス分配溝7Bの番号を”12”としている。
【0006】本発明は上記問題を解決するものであり、
発電用セルへのガスの分配を均一化し、発電効率を改善
した固体電解質型燃料電池を提供することを目的とする
ものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の固体電解質型燃料電池は、一対の集電板間
あるいは集電板とセパレータ間に発電用セルを設け、前
記集電板あるいはセパレータに、ガス入口とガス出口に
それぞれ連通するマニホールド溝を設け、このマニホー
ルド溝間に前記発電用セルにガスを分配・供給する複数
のガス分配溝を設けた固体電解質型燃料電池であって、
前記マニホールド溝の深さに、前記ガス入口とガス出口
の近傍を最も深くする勾配を設けたことを特徴とするも
のである。
【0008】
【作用】上記発明の構成により、ガス入口とガス出口近
傍のマニホールド溝の深さを深く、遠くを浅くするよう
に、マニホールド溝の深さに勾配を設けることによっ
て、各ガス分配溝を流れるガスの流量が一定となり、よ
って発電用セルにガスが均一に分配・供給され、均一な
化学反応が生じ、発電効率が改善される。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。なお、従来例の図4,図5の構成と同一の構成
には同一の符号を付して説明を省略する。
【0010】図1は本発明の一実施例における固体電解
質型燃料電池の集電板1’の平面図とそのA−A’矢視
図である。図1に示す集電板1’では、マニホールド溝
11(入口用マニホールド溝11Aと出口用マニホールド溝
11B)にそれぞれ、入口用ガス孔5A側あるいは出口用
ガス孔5B側の始点から、最も遠いガス分配溝7B側の
終点にかけて勾配を設けている。この勾配は、上記始点
の深さを最も深く、両側の終点の深さを最も浅くするよ
うにしている。なお、セパレータ3’にも同様に、深さ
に勾配を有す入口用マニホールド溝11Aと出口用マニホ
ールド溝11Bを設ける。
【0011】このように勾配を設けることにより、マニ
ホールド溝11の溝幅は一定、かつ溝深さがガスA,Bの
流れ方向に従い浅くなる。圧損は、ガス流速の2乗に比
例し、またガス流速は流量が一定なら断面積に比例す
る。したがって、断面積の減少する方向(ガス流れ方
向)に向け、流量が減少することになる。勾配を設けな
い場合(従来品)も、ガス流れ方向に向け、ガス分配溝
7によりガスA,Bが分岐していき、ガス流量は減少す
るが、ガス分配溝7の圧損により入口用ガス孔5A側あ
るいは出口用ガス孔5Bに近いガス分配溝7ほど流量が
少なかった。勾配を設けることにより、入口用ガス孔5
A側あるいは出口用ガス孔5Bより遠いガス分配溝7に
ガスA,Bが流れにくくすることにより、逆に入口用ガ
ス孔5A側あるいは出口用ガス孔5Bに近いガス分配溝
7にガスA,Bが流れやすくし、トータルではガス分配
溝7に均一にガスA,Bが流れる。
【0012】本発明の単電池のセパレータ3’(本発明
品)と従来の単電池のセパレータ3(従来品)とのガス
流量を比較した実験結果を図2に示す。図2において、
溝番号は、入口用ガス孔5Aに最も近いガス分配溝7A
の番号を”1”、最も遠いガス分配溝7Bの番号を”1
2”としている。本実験では、セパレータ3,3’を、
クロムおよび鉄を含むニッケル系合金などの耐熱合金で
構成し、本発明品では、セパレータ3’のマニホールド
溝11の上記始点の深さをガス分配溝7の底部より2mm
低くし、上記終点の深さをガス分配溝7の底部より0.
5mm低くして、マニホールド溝11に勾配を設けてい
る。また入口用ガス孔5A、あるいは出口用ガス孔5B
からガス分配溝7Bまでの長さを70mmとしている。
実験は、セパレータ3,3’をそれぞれジアゾ感光紙で
挟み、アンモニアガスを流し、感光紙の色合いを相対比
較することで実施した。
【0013】図2から判るように、マニホールド溝11に
勾配を設けることにより、各ガス分配溝7のガス流量が
一定となり、均一なガス分配・供給が行われることが確
認された。
【0014】また、本発明の単電池と従来の単電池の電
流−電圧特性を図3に示す。この特性の測定に際して、
発電用セル2を10cm×10cmとし、その有効電極
面積を60cm2 とし、セラミック薄膜(固体電解質
層)の電解質を、酸化イットリウムを含む安定化酸化ジ
ルコニウムとし、その厚さを0.3mmとしている。ま
た正極(空気極)を、ランタンマンガネートなどのペロ
ブスカイト型酸化物を用い、厚みを0.2mmとし、負
極(燃料極)を、ニッケルと酸化ジルコニウムのサーメ
ットを用い、厚みを0.1mmとした。また、燃料ガス
Aと空気ガスBの利用率を20%としている。
【0015】図3に示すように、本発明品は従来品と比
較して、1割程度電流−電圧特性が向上した。このよう
に、マニホールド溝11の深さをガス孔5に近い程深く、
遠い程浅くするように、マニホールド溝11の深さに勾配
を設けることによって、各ガス分配溝7を流れる燃料ガ
スAまたは空気ガスBの流量を一定とすることができ、
よって発電用セル2に燃料ガスAまたは空気ガスBを均
一に分配・供給でき、その結果、均一な化学反応が生じ
ることにより発電特性を改善でき、良質な固体電解質型
燃料電池を提供することができる。
【0016】なお、本実施例では各ガス分配溝7の深さ
を一定としているが、各ガス分配溝7の深さをガス分配
溝7が設けられた位置のマニホールド溝11の深さとする
ことも可能であり、同様に発電用セル2に燃料ガスAま
たは空気ガスBを均一に分配・供給でき、発電特性を改
善することができる。
【0017】
【発明の効果】以上のように本発明の固体電解質型燃料
電池によれば、ガス入口とガス出口近傍のマニホールド
溝の深さを深く、遠くを浅くするように、マニホールド
溝の深さに勾配を設けることによって、各ガス分配溝を
流れるガスの流量を一定とすることができ、よって発電
用セルにガスを均一に分配・供給でき、その結果、均一
な化学反応が生じることにより発電特性を改善でき、良
質な固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における固体電解質型燃料電
池の集電板(セパレータ)の平面図とそのA−A’矢視
図である。
【図2】本発明と従来の固体電解質型燃料電池のガス流
量特性図である。
【図3】本発明と従来の固体電解質型燃料電池の電流−
電圧特性図である。
【図4】従来の固体電解質型燃料電池の部品分解図であ
る。
【図5】従来の固体電解質型燃料電池の集電板(セパレ
ータ)の平面図である。
【符号の説明】
1’ 集電板 2 発電用セル 3’ セパレータ 5 ガス孔 7 ガス分配溝 11 マニホールド溝 A 燃料ガス B 空気ガス D 単電池

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の集電板間あるいは集電板とセパレ
    ータ間に発電用セルを設け、前記集電板あるいはセパレ
    ータに、ガス入口とガス出口にそれぞれ連通するマニホ
    ールド溝を設け、このマニホールド溝間に前記発電用セ
    ルにガスを分配・供給する複数のガス分配溝を設けた固
    体電解質型燃料電池であって、 前記マニホールド溝の深さに、前記ガス入口とガス出口
    の近傍を最も深くする勾配を設けたことを特徴とする固
    体電解質型燃料電池。
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