JPH11273706A

JPH11273706A - 燃料電池

Info

Publication number: JPH11273706A
Application number: JP10071872A
Authority: JP
Inventors: Isanori Akagi; 功典赤木
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1999-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池を構成するセルの燃料ガス流路又は
酸素含有ガス流路に対するガス給排構造を合理的を小型
化して、燃料電池の小型化並びにコストダウンを図る。【解決手段】電解質層の一方の面に酸素極を備え且つ
他方の面に燃料極３を備えた板状のセルＣの複数が、酸
素極側に酸素含有ガス流路ｓが形成され且つ燃料極３側
に燃料ガス流路ｆが形成される状態で、且つ、隣合うも
の同士が導電状態に接続される状態で、互いに間隔を隔
てて厚み方向に並置され、並びに、セル並び方向の両端
部に電力取り出し用の端子部Ｌが設けられてスタックユ
ニットＳＵが構成され、スタックユニットＳＵの複数
が、隣合うもの同士で、燃料ガス流路ｆ又は酸素含有ガ
ス流路ｓのいずれか一方のガス流路が互いに連通する状
態で、セル並び方向に直交するユニット並び方向に並置
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池に関し、
更に詳しくは、電解質層の一方の面に酸素極を備え且つ
他方の面に燃料極を備えた板状のセルの複数が、前記酸
素極側に酸素含有ガス流路が形成され且つ前記燃料極側
に燃料ガス流路が形成される状態で、且つ、隣合うもの
同士が導電状態に接続される状態で、互いに間隔を隔て
て厚み方向に並置され、並びに、セル並び方向の両端部
に電力取り出し用の端子部が設けられてスタックユニッ
トが構成され、そのスタックユニットの複数を用いて構
成する燃料電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる燃料電池において、従来は、図１
７に示すように、電解質層の一方の面に酸素極を備え且
つ他方の面に燃料極を備えた板状のセルＣの複数を、酸
素極側に酸素含有ガス流路ｓが形成され且つ燃料極側に
燃料ガス流路ｆが形成される状態で、且つ、隣合うもの
同士が導電状態に接続される状態で、互いに間隔を隔て
て厚み方向に並置し、並びに、セル並び方向の両端部に
電力取り出し用の端子部Ｌを設けてスタックユニットＳ
Ｕを構成し、そのスタックユニットＳＵの複数をセル並
び方向に沿って並置して、スタックユニット集合体ＮＳ
を構成していた（例えば、特開平１０−５０３３６号公
報参照）。そして、スタックユニット集合体ＮＳにおけ
るセル並び方向の全長にわたって、スタックユニット集
合体ＮＳに備えられる全ての燃料ガス流路ｆに連通する
燃料側ガス通路Ｙ、又は、スタックユニット集合体ＮＳ
に備えられる全ての酸素含有ガス流路ｓに連通する酸素
側ガス通路を形成していた。尚、図１７では、燃料側ガ
ス通路Ｙを形成した状態を示す。そして、燃料側ガス通
路Ｙを通じて、燃料電池を構成するセルＣの燃料ガス流
路ｆへの燃料ガスの供給、又は、燃料電池を構成するセ
ルＣの燃料ガス流路ｆからの燃料ガスの排出を行い、酸
素側ガス通路を通じて、燃料電池を構成するセルＣの酸
素含有ガス流路ｓへの酸素含有ガスの供給、又は、燃料
電池を構成するセルＣの酸素含有ガス流路ｓからの酸素
含有ガスの排出を行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
燃料電池では、燃料側ガス通路や酸素側ガス通路は、複
数のスタックユニットをセル並び方向に沿って並置して
構成したスタックユニット集合体に対して、そのセル並
び方向の全長にわたって形成するため、燃料側ガス通路
や酸素側ガス通路におけるセル並び方向の長さが長くな
って、燃料側ガス通路や酸素側ガス通路が大型化するの
で、燃料電池を小型化する上で改善の余地があった。
又、燃料側ガス通路や酸素側ガス通路は、スタックユニ
ット集合体に対して気密状態で設ける必要があるが、従
来では、燃料側ガス通路や酸素側ガス通路が大型である
ため、その大型の燃料側ガス通路や酸素側ガス通路をス
タックユニット集合体に対して気密状態で設けるための
構造が複雑となり、そのことがコストアップの要因とな
っていた。

【０００４】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、燃料電池を構成するセルの燃料
ガス流路又は酸素含有ガス流路に対するガス給排構造を
小型化して、燃料電池の小型化並びにコストダウンを図
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の特徴構
成によれば、スタックユニットの複数が、隣合うもの同
士で、燃料ガス流路又は酸素含有ガス流路のいずれか一
方のガス流路（以下、連通側ガス流路と称する場合があ
る）が互いに連通する状態で、セル並び方向に直交する
ユニット並び方向に並置されているので、ユニット並び
方向の一端のスタックユニットのセルの連通側ガス流路
に対してガスを供給すると、供給したガスが、ユニット
並び方向の他端に向かって、各スタックユニットのセル
の連通側ガス流路を順次流れて、セル並び方向の他端の
スタックユニットのセルの連通側ガス流路から排出され
る。尚、以下の説明では、燃料ガス流路及び酸素含有ガ
ス流路のうち、隣合うスタックユニット間で互いに連通
させる方を連通側ガス流路と称し、それとは別の方を非
連通側ガス流路と称する場合がある。つまり、燃料電池
を構成するセルの連通側ガス流路にガスを供給するため
のガス供給構造や、燃料電池を構成するセルの連通側ガ
ス流路からガスを排出させるためのガス排出構造は、ユ
ニット並び方向端部のスタックユニットに備えられる複
数のセルのみを対象にして設ければよい。

【０００６】そこで、本発明における連通側ガス流路に
対するガス給排構造と、従来における燃料ガス流路や酸
素含有ガス流路に対するガス給排構造（燃料側ガス通路
や酸素側ガス通路に相当する）とを比較する。複数のス
タックユニットを並置したスタックユニット集合体にお
いて、ガス給排構造によりガスを供給するための入口や
排出させるための出口となる範囲をガス給排範囲とし、
そのガス給排範囲において、セルの端縁に沿う方向を幅
方向とし、その幅方向に直交し且つセル並び方向に沿う
方向を縦方向とすると、ガス給排範囲の幅方向の長さ
は、本発明と従来とで同等であるが、ガス給排範囲の縦
方向の長さは、本発明ではユニット並び方向端部の１個
のスタックユニットにおけるセル並び方向の長さに相当
する長さとなるのに対して、従来では、燃料電池に備え
る全スタックユニットのセル並び方向の長さを合わせた
長さに相当する長さとなり、ガス給排範囲は本発明の方
が狭くなる。従って、燃料電池を構成するセルの燃料ガ
ス流路又は酸素含有ガス流路に対するガス給排構造を従
来よりも小型化することができるので、燃料電池の小型
化並びにコストダウンを図ることができるようになっ
た。

【０００７】請求項２に記載の特徴構成によれば、複数
のスタックユニットが上下方向のユニット並び方向に並
置された状態で載置支持される載置部に、それに載置さ
れるスタックユニットの連通側ガス流路に連通するガス
通過部が設けられ、そのガス通過部を用いて、連通側ガ
ス流路にガスを供給するように、又は、連通側ガス流路
からガスを排出させるように構成されているので、連通
側ガス流路に対するガス給排構造は、そのガス給排構造
に対して複数のスタックユニットの荷重がかからないよ
うに、載置部の下方側に設けることができる。ちなみ
に、連通側ガス流路に対するガス給排構造を下端のスタ
ックユニットに対して直接に設けて、そのガス給排構造
を介して、上下方向に並置した複数のスタックユニット
を載置部に載置する構成が想定される。しかしながら、
この構成では、ガス給排構造に複数のスタックユニット
の荷重がかかることになるので、ガス給排構造を丈夫に
する必要がある。従って、請求項２に記載の特徴構成に
よれば、ガス給排構造を更に簡略化することができるの
で、燃料電池のコストダウンを更に図ることができる。

【０００８】請求項３に記載の特徴構成によれば、ユニ
ット並び方向に隣合うスタックユニット同士を接続する
複数の接続部のうちの一部が、その一方の側のスタック
ユニットの連通側ガス流路に外部からガス供給が可能
で、且つ、他方の側のスタックユニットの連通側ガス流
路から外部にガス排出が可能なように構成されているの
で、その接続部において、一方の側のスタックユニット
の連通側ガス流路に外部から新鮮なガスを供給するとと
もに、他方の側のスタックユニットの連通側ガス流路か
ら使用済みのガスを外部に排出させることができる。

【０００９】ちなみに、スタックユニットの設置台数を
多くして、燃料電池の大出力化を図る場合がある。この
場合、ユニット並び方向の一端のスタックユニットのセ
ルの連通側ガス流路から供給したガスが、他端のスタッ
クユニットまで一連に各スタックユニットを順次流れる
ようにすると、ガス通流方向下手側ほど、連通側ガス流
路を通流するガス中の発電反応に寄与するガスの割合が
小さくなり、発電効率が低下する虞がある。尚、燃料ガ
ス流路を連通側ガス流路とする場合は、連通側ガス流路
を通流するガスは燃料ガスであるので、発電反応に寄与
するガスは水素であり、酸素含有ガス流路を連通側ガス
流路とする場合は、連通側ガス流路を通流するガスは酸
素含有ガスであるので、発電反応に寄与するガスは酸素
である。

【００１０】これに対して、請求項３に記載の特徴構成
によれば、複数のスタックユニットを並置したものを複
数の区画に区分して、区分した区画毎に、区画を構成す
るスタックユニットの連通側ガス流路に対するガスの給
排を行うことができる。当然、複数のスタックユニット
を含む区画においては、区画の一端のスタックユニット
のセルの連通側ガス流路から供給したガスは、区画の他
端のスタックユニットまで一連に各スタックユニットを
順次流れることになるが、区画に含まれるスタックユニ
ットの台数を適宜設定することにより、ガス通流方向下
手側のスタックユニットが、発電反応に寄与するガスの
減少に起因して発電効率が低下しないうようにすること
ができる。従って、請求項３に記載の特徴構成によれ
ば、スタックユニットの設置台数を多くして大出力化を
図った燃料電池においても、発電効率を低下させること
なく本発明を適用することができる。

【００１１】請求項４に記載の特徴構成によれば、スタ
ックユニット夫々において、燃料ガス流路及び酸素含有
ガス流路のうちの隣合うスタックユニット間で連通する
連通側ガス流路とは別の非連通側ガス流路夫々に連通す
るガス通路が区画形成されているので、そのガス通路を
用いて、複数のスタックユニットに酸素含有ガス又は燃
料ガスを並列的に供給することができる。従って、スタ
ックユニット間における酸素含有ガス又は燃料ガスの供
給量のバラツキを抑制することができるので、各スタッ
クユニットに対するガス供給量が不必要に多くなった
り、発電に支障が出るほどに少なくなったりすることが
防止できて、発電効率を更に向上させることができる。

【００１２】又、かかる燃料電池においては、スタック
ユニット毎に、酸素含有ガス流路に酸素含有ガスを供給
し、並びに、燃料ガス流路に燃料ガスを供給して発電さ
せて、スタックユニットから所期の出力が得られるか否
かの発電試験を行う場合がある。請求項４に記載の特徴
構成によれば、スタックユニットの発電試験を、ガス通
路を用いて非連通側ガス流路にガスを供給したり非連通
側ガス流路から排出させたりすることにより、簡単に行
うことができる。

【００１３】請求項５に記載の特徴構成によれば、スタ
ックユニット夫々のガス通路を形成するガス通路形成部
材に、複数のスタックユニットを並置した状態でユニッ
ト並び方向に隣合うガス通路同士を連通させるための連
通部が設けられているので、１個のスタックユニットの
ガス通路にガスを供給すると、そこに供給したガスを連
通部を通じて他のスタックユニットのガス通路に送るこ
とができる。又、１個のスタックユニットのガス通路か
らガスを外部に排出するようにすると、他のスタックユ
ニットのガス通路のガスも連通部を通じて１個のスタッ
クユニットのガス通路にまで通流させて、そこから外部
に排出することができる。従って、ガス通路を利用して
スタックユニットの発電試験を行うことができるように
しながら、更に、ガス給排構造を簡略化してコストダウ
ンを図ることができるようになった。

【００１４】請求項６に記載の特徴構成によれば、ガス
通路として、非連通側ガス流路の一方の開口部に連通す
る供給用と、他方の開口部に連通する排出用とが設けら
れ、ユニット並び方向の一方の端部に、その端部のスタ
ックユニットの連通側ガス流路にガスを供給する連通側
ガス流路用供給部又はその端部のスタックユニットの連
通側ガス流路からガスを排出させるための連通側ガス流
路用排出部のいずれかと、供給用のガス通路にガスを供
給するための非連通側ガス流路用供給部と、排出用のガ
ス通路からガスを排出させるための非連通側ガス流路用
排出部が設けられている。つまり、燃料ガス流路への燃
料ガスの供給、燃料ガス流路からの燃料ガスの排出、酸
素含有ガス流路への酸素含有ガスの供給、及び、酸素含
有ガス流路からの酸素含有ガスの排出の４つのうちの少
なくとも３つは、ユニット並び方向の一方の端部におい
て集中的に行うことができる。従って、ガス給排構造を
更に小型化して燃料電池の小型化を図ることができると
ともに、ガス給排構造を更に簡略化してコストダウンを
図ることができるようになった。

【００１５】請求項７に記載の特徴構成によれば、複数
のスタックユニットが、酸素極に対して導電状態で接続
される端子部を互いに同一側に向けた状態で並置されて
いるので、ユニット並び方向に隣合う２個のスタックユ
ニットにおいて、セル並び方向両側夫々で、ユニット並
び方向に隣合う端子部同士を互いに導電状態で接続する
ことにより、簡単に複数のスタックユニットを電気的に
並列接続することができる。従って、請求項１〜６のい
ずれか１項に記載の特徴構成により得られる効果に加え
て、複数のスタックユニットを電気的に並列接続する構
成を簡略化することができるという効果を得ることがで
きる。

【００１６】請求項８に記載の特徴構成によれば、複数
のスタックユニットが、隣合うもの同士で、酸素極に対
して導電状態で接続される端子部を互いに反対側に向け
た状態で並置されているので、ユニット並び方向に隣合
う２個のスタックユニットにおいて、セル並び方向の一
方側で、ユニット並び方向に隣合う端子部同士を互いに
導電状態で接続することにより、簡単に複数のスタック
ユニットを電気的に直列接続することができる。従っ
て、請求項１〜６のいずれか１項に記載の特徴構成によ
り得られる効果に加えて、複数のスタックユニットを電
気的に直列接続する構成を簡略化することができるとい
う効果を得ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕以下、図１ない
し図９に基づいて、本発明の第１の実施の形態を説明す
る。図１ないし図６に示すように、固体電解質層１の一
方の面に酸素極２を備え且つ他方の面に燃料極３を備え
た板状のセルＣの複数を、酸素極２側に酸素含有ガス流
路ｓが形成され且つ燃料極３側に燃料ガス流路ｆが形成
される状態で、且つ、隣合うもの同士が導電状態に接続
される状態で、互いに間隔を隔てて厚み方向に並置し、
並びに、セル並び方向の両端部に電力取り出し用の端子
部Ｌを設けてスタックユニットＳＵを構成し、酸素含有
ガス流路ｓの一対の開口部ｓｏを、互いに対向する状態
でセルＣの端縁に設け、燃料ガス流路ｆの一対の開口部
ｆｏを、夫々が酸素含有ガス流路ｓの一対の開口部ｓｏ
の間に位置して互いに対向する状態でセルＣの端縁に設
けてある。そして、図７ないし図９に示すように、スタ
ックユニットＳＵの複数を、隣合うもの同士で、燃料ガ
ス流路ｆが互いに連通する状態で、セル並び方向に直交
するユニット並び方向に並置してある。従って、本実施
形態においては、燃料ガス流路ｆを、隣合うスタックユ
ニット間で互いに連通させる連通側ガス流路ｙとし、酸
素含有ガス流路ｓを非連通側ガス流路ｘとしてある。

【００１８】先ず、図１に基づいて、燃料電池のセルＣ
について説明する。平面形状が矩形板状の固体電解質層
１の一方の面に、固体電解質層１における向かい合う一
対の側縁夫々に側縁全長にわたる電解質層露出部１ａを
形成する状態で、膜状又は板状の酸素極２を一体的に貼
り付け、且つ、他方の面に膜状又は板状の燃料極３を、
全面又はほぼ全面にわたって一体的に貼り付けて、酸素
極２と燃料極３とから起電力を得るための矩形三層板状
のセルＣを形成してある。

【００１９】そして、セルＣにおける酸素極２側に、酸
素含有ガス流路ｓを形成すべく、導電性セパレータ４を
付設して、セパレータ付セルＣｓを形成してある。更に
説明を加えると、導電性セパレータ４は、板状部４ａ
と、その板状部４ａの両端に夫々位置する一対の帯状突
起部４ｂと、それら一対の帯状突起部４ｂの間に位置す
る複数の凸条部４ｃを備える状態で導電性材料にて一体
形成してある。その導電性セパレータ４を、複数の凸条
部４ｃ夫々がセルＣの酸素極２と接触する状態で、一対
の帯状突起部４ｂ夫々を両電解質層露出部１ａ夫々に貼
り付けることにより、セパレータ付セルＣｓを形成して
ある。そして、酸素極２と導電性セパレータ４とを導電
状態に接続するとともに、酸素極２と導電性セパレータ
４との間に、セパレータ付セルＣｓにおける一方の向か
い合う一対の端面夫々に開口部ｓｏを備えた酸素含有ガ
ス流路ｓを形成してある。つまり、セパレータ付セルＣ
ｓは、導電性セパレータ４によって、一方の向かい合う
一対の端面が酸素含有ガス流路ｓの開口部ｓｏが開いた
開口端面となり、他方の向かい合う一対の端面が酸素含
有ガス流路ｓが閉じた閉塞端面となるように構成してあ
る。尚、以下の説明においては、セパレータ付セルＣｓ
において、酸素含有ガス流路ｓが開いた端縁を開口端
縁、酸素含有ガス流路ｓが開いた端面を開口端面、及
び、酸素含有ガス流路ｓが閉じた端面を閉塞端面と夫々
略記する。固体電解質層１は、３〜１０モル％程度のＹ
₂Ｏ₃を固溶させた正方晶又は立方晶のＺｒＯ₂から成
り、酸素極２はＬａＭｎＯ₃から成り、燃料極３はＮｉ
とＺｒＯ₂のサーメットから成る。又、導電性セパレー
タ４は、酸化と還元とに対する耐性に優れたＬａＣｒＯ
₃から成る。

【００２０】以下、図２ないし図６に基づいて、上述の
ように形成したセパレータ付セルＣｓを用いて形成した
スタックユニットＳＵについて説明を加える。複数のセ
パレータ付セルＣｓを、夫々が一対のセル保持部材５に
て保持される状態で厚み方向に並置し、セル並び方向の
両端部夫々に、端部のセパレータ付セルＣｓと導電状態
で接続する状態で端子部Ｌを設けてスタックユニットＳ
Ｕを形成してある。セル保持部材５は、矩形板状の外径
形状に形成するとともに、セパレータ付セルＣｓの開口
端縁を入れる凹部５ａと、その凹部５ａに連なり且つセ
ル保持部材５の厚さ方向に貫通する孔５ｂを形成してあ
る。凹部５ａは、その幅がセパレータ付セルＣｓの開口
端縁方向の長さと略同一になり、深さがセパレータ付セ
ルＣｓの厚さと略同一になるように形成してある。

【００２１】複数のセパレータ付セルＣｓを、夫々の燃
料極３を凹部５ａの外側に向けて、夫々の両側の開口端
縁夫々を一対のセル保持部材５夫々の凹部５ａに入れた
状態で、一対のセル保持部材５に保持させて厚み方向に
並置し、並びに、セル並び方向に隣合うセパレータ付セ
ルＣｓ間に、気体の通流を許容する状態に形成した柔軟
性導電材７を充填してある。更に、セル並び方向の両端
夫々には、一対のセル保持部材５夫々に夫々重ねる状態
で、一対のセル保持部材８を設けてある。セル保持部材
８は、セル並び方向視における外形形状が、セル保持部
材５と同様となる矩形板状に形成するとともに、セル並
び方向視において、セル保持部材５の孔５ｂに重なる状
態で孔８ｂを形成してある。

【００２２】つまり、凹部５ａを形成することにより残
されたセル保持部材５の厚みが薄い薄肉部分５ｃによ
り、セル並び方向に隣合うセパレータ付セルＣｓ間の間
隔を保持し、その薄肉部分５ｃにより隣合うセパレータ
付セルＣｓ間の両側面を仕切ることにより、セパレータ
付セルＣｓ間に燃料ガス流路ｆを形成し、柔軟性導電材
７により、セル並び方向に隣合うセパレータ付セルＣｓ
を導電状態に接続している。又、セパレータ付セルＣｓ
における酸素含有ガス流路ｓが開いた開口端部の周部
に、そのセパレータ付セルＣｓを入れているセル保持部
材５の凹部５ａの内周面、及び、隣接するセル保持部材
５の裏面をシール材を介在させた状態で密着させること
により、酸素含有ガス流路ｓと燃料ガス流路ｆとを気密
状態に仕切ってある。燃料ガス流路ｆは、セパレータ付
セルＣｓの両方の開口端面側において閉じてあり、セパ
レータ付セルＣｓの両方の閉塞端面側において開けて、
開口部ｆｏを設けてある。

【００２３】端子部Ｌは、電気絶縁性を備えた板状の支
持部材１３と、その支持部材１３の一方の面に密着配置
される導電性を備えた集電板１１と、支持部材１３の他
方の面に密着配置される電力取出板１４と、集電板１１
及び電力取出板１４を導電状態に接続するとともにそれ
らを支持部材１３に固着する導電性を備えたボルト１５
とから構成してある。支持部材１３は、一対のセル保持
部材８間にわたり且つそれらの略全面に重なる大きさの
矩形板状に形成してある。更に、一方の支持部材１３に
は、セル保持部材８の孔８ｂに重なる状態で孔１３ｂを
２個形成してある。そして、集電板１１及び出力取出板
１４を設けた支持部材１３を、集電板１１がセパレータ
付セルＣｓに向かい合うとともに、それら集電板１１と
セパレータ付セルＣｓとの間に導電性フェルト材１２を
充填した状態で、一対のセル保持部材８に重ねて設けて
ある。

【００２４】上述のようにして複数のセパレータ付セル
Ｃｓを厚み方向に並置することにより、セル並び方向に
並ぶ複数のセル保持部材５夫々の孔５ｂ及びセル保持部
材８夫々の孔８ｂが一連に連なって、酸素ガス流路ｓ夫
々に連通する通路が形成され、その通路におけるセル並
び方向の両端部夫々を支持部材１３により閉じることに
より、酸素含有ガス流路ｓ夫々に連通する酸素側ガス通
路Ｘの２個を区画形成してある。従って、セル保持部材
５が、酸素側ガス通路Ｘを区画形成するガス通路形成部
材として機能する。以上により、スタックユニットＳＵ
夫々において、酸素含有ガス流路ｓ夫々に連通する酸素
側ガス通路Ｘの２個を区画形成してあり、一方の酸素側
ガス通路Ｘを供給用酸素側ガス通路Ｘｉとして、他方の
酸素側ガス通路Ｘを排出用酸素側ガス通路Ｘｅとしてし
て夫々使用する。

【００２５】又、スタックユニットＳＵにおいて、燃料
ガス流路ｆの開口部ｆｏが開口する一対の対向する側部
夫々の周縁には、その全周にわたって、端子部Ｌの支持
部材１３、セル保持部材５及びセル保持部材８夫々の端
面が連なって、面一状の面から成る枠部分Ｗが形成され
る。

【００２６】柔軟性導電材７及び導電性フェルト材１２
は、耐熱性、耐還元性に優れたＮｉのフェルト状材から
成り、気体の通流を許容する状態に形成してある。又、
セル保持部材５、セル保持部材８及び支持部材１３は、
耐熱性及び電気絶縁性を備えたセラミック材から成る。
又、集電板１１、出力取り出し板１４及びボルト１５
は、Ｎｉから成る。

【００２７】次に、スタックユニットＳＵの発電検査を
行う方法について説明する。図示は省略するが、上述の
ように形成したスタックユニットＳＵにおける燃料ガス
流路ｆの開口部ｆｏが位置する側部に、枠部分Ｗを利用
して、検査用燃料側ガス通路を形成するための一側面が
開口した箱状体を着脱自在に取り付ける。そして、その
箱状体の内部に燃料ガスを通流させて、セパレータ付セ
ルＣｓ夫々の燃料ガス流路ｆに燃料ガスを供給し、供給
用酸素側ガス通路Ｘｉに酸素含有ガスとしての空気を通
流させて、セパレータ付セルＣｓ夫々の酸素含有ガス流
路ｓに空気を供給して、セルＣ夫々にて発電させ、両側
の端子部Ｌから電力を取り出すことにより、発電検査を
行う。

【００２８】次に、図７ないし図９に基づいて、燃料電
池の全体構成について説明する。上述のように形成した
スタックユニットＳＵの複数を、夫々のセル並び方向が
横方向に向き、セパレータ付セルＣｓの両側を保持する
一対のセル保持部材５が横方向に並ぶ姿勢で、隣合うも
の同士で枠部分Ｗを接当させる状態で、載置部としての
基台１６上に、セル並び方向に直交するユニット並び方
向である上下方向に積み重ねる。尚、複数のスタックユ
ニットＳＵを積み重ねる際には、酸素極２に対して導電
状態で接続される端子部Ｌを互いに同一側に向けた状態
で積み重ねる。基台１６とその上に載置するスタックユ
ニットＳＵの枠部分Ｗとの間、隣合うスタックユニット
ＳＵの枠部分Ｗ同士の間は、シール材にて気密状にシー
ルする。従って、隣合うスタックユニットＳＵ同士の間
に、各スタックユニットＳＵの燃料ガス流路ｆの開口部
ｆｏが臨み、外部と気密状にシールされた閉塞空間が形
成され、その閉塞空間を介して、隣合うスタックユニッ
トＳＵの燃料ガス流路ｆが互いに連通することになる。
基台１６において、それに載置されるスタックユニット
ＳＵの枠部分Ｗにて囲まれる部分には、上下方向に貫通
する複数のガス通過部としての孔１６ａを形成してあ
る。基台１６に載置されるスタックユニットＳＵの燃料
ガス流路ｆと孔１６ａとは、基台１６とスタックユニッ
トＳＵとの間に形成される閉塞空間によって連通する。
更に、一側面が開口した箱状の燃料ガス供給部１８を、
その開口部の周縁にて複数の孔１６ａを囲む状態で、基
台１６の下面側に付設してある。

【００２９】ユニット並び方向に隣合う２個のスタック
ユニットＳＵにおいて、セル並び方向両側夫々で、ユニ
ット並び方向に隣合う端子部Ｌの出力取り出し板１４同
士をＮｉから成る導電接続部材１７にて互いに導電状態
で接続することにより、複数のスタックユニットＳＵを
電気的に並列接続する。

【００３０】基台１６を貫通させた空気供給管１９を、
孔２４ｂを備えた管接続部材２４を介して、各スタック
ユニットＳＵの支持部材１３にその一方の孔１３ｂと連
通する状態で接続してある。もって、空気供給管１９を
各スタックユニットＳＵの供給用酸素側ガス通路Ｘｉに
連通接続してあり、その空気供給管１９により、複数の
スタックユニットＳＵに空気を並列的に供給することが
できるようにしてある。基台１６を貫通させた空気排出
管２０を、各スタックユニットＳＵの支持部材１３にそ
の他方の孔１３ｂと連通する状態で、同様に接続し、も
って、空気排出管２０を各スタックユニットＳＵの排出
用酸素側ガス通路Ｘｅに連通接続してある。

【００３１】更に、上述のように並置した複数のスタッ
クユニットＳＵを内装する状態で、有底角筒状体２３を
基台１６上に設置し、基台１６、有底角筒状体２３によ
り箱状体Ｂを形成してある。最上部のスタックユニット
ＳＵの各燃料ガス流路ｆの開口部ｆｏは、箱状体Ｂの内
部空間に対して開き、各開口部ｆｏから箱状体Ｂの内部
空間に燃料ガスが排出されるようになっている。箱状の
燃料ガス供給部１８には、その内部空間に連通する状態
で、燃料ガス供給管２１を接続し、基台１６には、箱状
体Ｂの内部空間に連通する状態で、燃料ガス排出管２２
を接続してある。

【００３２】図７ないし図９の各図中において、実線矢
印にて示すように、空気供給管１９により、複数のスタ
ックユニットＳＵ夫々の供給用酸素側ガス通路Ｘｉに供
給された空気は、各スタックユニットＳＵにおいて、複
数のセパレータ付セルＣｓの酸素含有ガス流路ｓを通流
して、排出用酸素側ガス通路Ｘｅに排出され、更に、空
気排出管２０を通じて箱状体Ｂ外に排出される。図７な
いし図９の各図中において、破線矢印にて示すように、
燃料ガス供給管２１により燃料ガス供給部１８に供給さ
れた燃料ガスは、ガス通過部としての孔１６ａを通過し
て、上方に向かって、各スタックユニットＳＵの複数の
セパレータ付セルＣｓの燃料ガス流路ｆを順次流れて、
上端のスタックユニットＳＵの複数のセパレータ付セル
Ｃｓの燃料ガス流路ｆから箱状体Ｂの内部空間に排出さ
れ、更に、燃料ガス排出管２２を通じて箱状体Ｂ外に排
出される。

【００３３】〔第２実施形態〕以下、図１０ないし図１
３に基づいて、本発明の第２の実施の形態を説明する。
本実施形態においては、スタックユニットＳＵ夫々の酸
素側ガス通路Ｘを形成するガス通路形成部材としてのセ
ル保持部材５に、複数のスタックユニットＳＵを並置し
た状態でユニット並び方向に隣合う酸素側ガス通路Ｘ同
士を連通させるための連通部５ｅを設けてある。

【００３４】説明を加えると、図１０に示すように、ス
タックユニットＳＵにおいては、上述の第１実施形態に
おいて形成した支持部材１３の２個の孔１３ｂを省略
し、並びに、各セル保持部材５に、孔５ｂの内周面と枠
部分Ｗを形成する端面とにわたり、且つ、スタックユニ
ットＳＵを並置したときに、ユニット並び方向に隣合う
もの同士で互いに重なる状態で、凹部５ｅを一対形成し
てある。スタックユニットＳＵは、支持部材１３の２個
の孔１３ｂを省略した点、及び、各セル保持部材５に一
対の凹部５ｅを形成した点以外は、第１実施形態と同様
に構成してある。但し、複数のスタックユニットＳＵを
並置するときに、一方の端部に配置するスタックユニッ
トＳＵのセル保持部材５には、スタックユニットＳＵに
接続される側のみに凹部５ｅを形成してある。

【００３５】図１１ないし図１３に基づいて、燃料電池
の全体構成について説明する。１個の凹部５ｅを形成し
たセル保持部材５を備えるスタックユニットＳＵを最上
部に配置する状態で、複数のスタックユニットＳＵを上
記の第１実施形態と同様に、基台１６上に積み重ねる。
更に、第１実施形態と同様に、有底角筒状体２３を基台
１６上に設置して、基台１６、有底角筒状体２３により
箱状体Ｂを形成する。基台１６には、上記の第１実施形
態と同様の複数の孔１６ａに加えて、それに載置される
スタックユニットＳＵの供給用酸素側ガス通路Ｘｉを形
成する複数のセル保持部材５の凹部５ｅに重なる開口部
１６ｂと、排出用酸素側ガス通路Ｘｅを形成する複数の
セル保持部材５の凹部５ｅに重なる開口部１６ｃとを形
成してある。基台１６の下面側には、燃料ガス供給部１
８に加えて、一側面が開口した箱状の空気供給部２５を
その開口部にて基台１６の開口部１６ｂを囲む状態で付
設するとともに、同様の空気排出部２６をその開口部に
て基台１６の開口部１６ｃを囲む状態で付設してある。

【００３６】第１実施形態と同様に、燃料ガス供給管２
１を燃料ガス供給部１８に接続するとともに、燃料ガス
排出管２２を基台１６に接続してある。更に、空気供給
管１９は、空気供給部２５にその内部空間に連通する状
態で接続し、空気排出管２０は、空気排出部２６にその
内部空間に連通する状態で接続してある。つまり、ユニ
ット並び方向の一方の端部に、連通側ガス流路用供給部
に相当する燃料ガス供給部１８、非連通側ガス流路用供
給部に相当する空気供給部２５及び非連通側ガス流路用
排出部に相当する空気排出部２６を集中的に設けてあ
る。

【００３７】図１１ないし図１３の各図中において、破
線矢印にて示すように、燃料ガスは、第１実施形態と同
様に流れる。図１１ないし図１３の各図中において、実
線矢印にて示すように、空気供給管１９により、空気供
給部２５に供給された空気は、開口部１６ｂ及び凹部５
ｅを通じて最下部のスタックユニットＳＵの供給用酸素
側ガス通路Ｘｉに供給され、更に、凹部５ｅを通じて、
順次上方のスタックユニットＳＵの供給用酸素側ガス通
路Ｘｉに供給される。各スタックユニットＳＵの供給用
酸素側ガス通路Ｘｉに供給された空気は、各スタックユ
ニットＳＵの複数のセパレータ付セルＣｓの酸素含有ガ
ス流路ｓを通流して、排出用酸素側ガス通路Ｘｅに排出
される。各スタックユニットＳＵの排出用酸素側ガス通
路Ｘｅに排出された空気は、凹部５ｅを通じて下方に流
れ、開口部１６ｃを通過して、空気排出部２６及び空気
排出管２０を通じて箱状体Ｂ外に排出される。

【００３８】〔第３実施形態〕以下、図１４及び図１５
に基づいて、本発明の第３の実施の形態を説明する。本
第３実施形態においては、ユニット並び方向に隣合うス
タックユニットＳＵ同士を接続する複数の接続部のうち
の一部を、その一方の側のスタックユニットＳＵの燃料
ガス流路ｆに外部からガス供給が可能で、且つ、他方の
側のスタックユニットＳＵの燃料ガス流路ｆから外部に
ガス排出が可能なように構成してある。

【００３９】説明を加えると、スタックユニットＳＵは
第１実施形態と同様に構成してある。そして、複数のス
タックユニットＳＵを上記の第１実施形態と同様に、基
台１６上に積み重ねる。最上部のスタックユニットＳＵ
の上に、一対の間隔保持部材２７を一対のセル保持部材
５の上に各別に載置し、更に、その一対の間隔保持部材
２７の上に、上面部に複数の孔２８ａを備えた箱状の燃
料ガス供給部２８を載置する。そして、複数のスタック
ユニットＳＵを、基台１６上に積み重ねるのと同様に、
燃料ガス供給部２８上に積み重ねる。

【００４０】第１実施形態と同様に、空気供給管１９を
各スタックユニットＳＵの供給用酸素側ガス通路Ｘｉに
連通接続し、空気排出管２０を各スタックユニットＳＵ
の排出用酸素側ガス通路Ｘｅに連通接続する。更に、基
台１６を貫通させた燃料ガス供給管２９を、箱状の燃料
ガス供給部２８にその内部空間に連通する状態で接続す
る。第１実施形態と同様に、有底角筒状体２３を基台１
６上に設置して、基台１６、有底角筒状体２３により箱
状体Ｂを形成する。更に、第１実施形態と同様に、基台
１６の下面側に燃料ガス供給部１８を付設して、その燃
料ガス供給部１８に燃料ガス供給管２１を接続するとと
もに、燃料ガス排出管２２を基台１６に接続してある。

【００４１】図１４及び図１５の各図中において、実線
の矢印にて示すように、空気は、第１実施形態と同様に
流れる。図１４及び図１５の各図中において、破線の矢
印にて示すように、燃料ガス供給管２１により燃料ガス
供給部１８に供給された燃料ガスは、ガス通過部として
の孔１６ａを通過して、上方に向かって、各スタックユ
ニットＳＵの複数のセパレータ付セルＣｓの燃料ガス流
路ｆを順次流れて、一対の間隔保持部材２７の間から箱
状体Ｂの内部空間に排出される。又、燃料ガス供給管２
９により燃料ガス供給部２８に供給された燃料ガスは、
孔２８ａを通過して、上方に向かって、各スタックユニ
ットＳＵの複数のセパレータ付セルＣｓの燃料ガス流路
ｆを順次流れて、最上部のスタックユニットＳＵの複数
のセパレータ付セルＣｓの燃料ガス流路ｆから箱状体Ｂ
の内部空間に排出される。箱状体Ｂの内部空間に排出さ
れた燃料ガスは、燃料ガス排出管２２を通じて箱状体Ｂ
外に排出される。

【００４２】従って、ユニット並び方向に隣合うスタッ
クユニットＳＵ同士を、一対の間隔保持部材２７及び箱
状の燃料ガス供給部２８にて接続することにより、その
接続部においては、一方の側のスタックユニットＳＵの
燃料ガス流路ｆに外部からガス供給が可能で、且つ、他
方の側のスタックユニットＳＵの燃料ガス流路ｆから外
部にガス排出が可能なように構成してある。

【００４３】〔第４実施形態〕以下、図１６に基づい
て、本発明の第４の実施の形態を説明する。第１実施形
態と同様に構成したスタックユニットＳＵの複数を、第
１実施形態と同様に基台１６上に積み重ねるが、積み重
ねる際には、隣合うもの同士で、酸素極２に対して導電
状態で接続される端子部Ｌを互いに反対側に向けた状態
で積み重ねる。そして、ユニット並び方向に隣合う２個
のスタックユニットＳＵにおいて、セル並び方向の一方
側で、ユニット並び方向に隣合う端子部Ｌの出力取り出
し板１４同士を導電接続部材１７にて互いに導電状態で
接続することにより、複数のスタックユニットＳＵを電
気的に直列接続する。

【００４４】第１実施形態と同様に、空気供給管１９を
各スタックユニットＳＵの供給用酸素側ガス通路Ｘｉに
連通接続し、空気排出管２０を各スタックユニットＳＵ
の排出用酸素側ガス通路Ｘｅに連通接続する。又、第１
実施形態と同様に、有底角筒状体２３を基台１６上に設
置して、基台１６、有底角筒状体２３により箱状体Ｂを
形成する。更に、第１実施形態と同様に、基台１６の下
面側に燃料ガス供給部１８を付設して、その燃料ガス供
給部１８に燃料ガス供給管２１を接続するとともに、燃
料ガス排出管２２を基台１６に接続してある。従って、
空気及び燃料ガスは、第１実施形態と同様に流れる。

【００４５】〔別実施形態〕次に別実施形態を説明す
る。（イ）上記の第１、第２及び第４の各実施形態におい
ては、複数のスタックユニットＳＵを箱状体Ｂの内部に
設けて、最上部のスタックユニットＳＵの燃料ガス流路
ｆから、箱状体Ｂの内部空間に対して燃料ガスを排出す
るように構成する場合について例示した。これに代え
て、最上部のスタックユニットＳＵの上に、一側面が開
口した箱状の燃料ガス排出部をその開口部の周縁が枠部
分Ｗに密着する状態で設けて、その燃料ガス排出部に対
して燃料ガスを排出するように構成してもよい。又、第
３実施形態において、一対の間隔保持部材２７に代え
て、箱状の燃料ガス排出部を設け、更に、最上部のスタ
ックユニットＳＵの上に、箱状の燃料ガス排出部を設け
て、それら箱状の燃料ガス排出部に燃料ガスを排出する
ように構成してもよい。

【００４６】（ロ）上記の各実施形態においては、ユ
ニット並び方向を上下方向に設定する場合について例示
したが、ユニット並び方向は種々変更可能であり、例え
ば、横方向でもよい。

【００４７】（ハ）上記の第３実施形態においては、
隣合うスタックユニットＳＵ同士を一対の間隔保持部材
２７及び箱状の燃料ガス供給部２８にて接続する接続部
を一箇所だけ設ける場合について例示したが、並置する
スタックユニットＳＵの台数が多い場合は、そのような
接続部を複数箇所に設けてもよい。

【００４８】（ニ）上記の第２実施形態においては、
ユニット並び方向の一方の端部に、連通側ガス流路用供
給部に相当する燃料ガス供給部１８、非連通側ガス流路
用供給部に相当する空気供給部２５及び非連通側ガス流
路用排出部に相当する空気排出部２６を設ける場合につ
いて例示した。これに代えて、ユニット並び方向の一方
の端部に、連通側ガス流路用排出部に相当する箱状の燃
料ガス排出部、非連通側ガス流路用供給部に相当する空
気供給部２５及び非連通側ガス流路用排出部に相当する
空気排出部２６を設け、他端部に、連通側ガス流路用供
給部に相当する燃料ガス供給部１８を設けてもよい。

【００４９】（ホ）セルＣの複数を、酸素極２側に酸
素含有ガス流路ｓが形成され且つ燃料極３側に燃料ガス
流路ｆが形成される状態で、且つ、隣合うもの同士が導
電状態に接続される状態で、互いに間隔を隔てて厚み方
向に並置するための具体構成は、上記の実施形態におい
て例示した構成に限定されるものではない。例えば、複
数のセルＣを、夫々の酸素極２側に酸素含有ガス流路ｓ
を区画形成する酸素側導電性セパレータを、燃料極３側
に燃料ガス流路ｆを区画形成する燃料側導電性セパレー
タを夫々配置する状態で並置する構成を採用することが
できる。

【００５０】又、酸素側ガス通路Ｘを形成するための具
体構成も、上記の実施形態において例示した構成に限定
されるものではない。例えば、複数のセルＣを並置した
構造体に対して、開口部を備えた箱状体を、その開口部
内に複数の酸素含有ガス流路ｓの開口部ｓｏを位置させ
る状態で設けて、箱状体の内部を酸素側ガス通路Ｘとし
て機能させる構成を採用することができる。（ヘ）上記の各実施形態においては、燃料ガス流路ｆ
を、隣合うスタックユニットＳＵ間で互いに連通させる
連通側ガス流路ｙとし、酸素含有ガス流路ｓを非連通側
ガス流路ｘとしてあるとする場合について例示したが、
これに代えて、酸素含有ガス流路ｓを連通側ガス流路ｙ
とし、燃料ガス流路ｆを非連通側ガス流路ｘとしてもよ
い。

【００５１】（ト）上記の各実施形態では、導電性セ
パレータ４をセルＣの酸素極２に臨む側に付設してセパ
レータ付セルＣｓを構成する場合について例示したが、
これに代えて、セルＣにおける燃料極３に臨む側に、燃
料ガス流路ｆを形成すべく、導電性セパレータ４を付設
しても良い。この場合は、酸素含有ガス流路ｓを連通側
ガス流路ｙとし、燃料ガス流路ｆを非連通側ガス流路ｘ
とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池のセルの構成を示す斜視図

【図２】第１実施形態におけるスタックユニットの構成
を示す分解斜視図

【図３】第１実施形態におけるスタックユニットの構成
を示す斜視図

【図４】第１実施形態におけるスタックユニットのセル
並び方向に沿う面での断面図

【図５】図４におけるイ−イ矢視図

【図６】図４におけるロ−ロ矢視図

【図７】第１実施形態における燃料電池の横断平面図

【図８】図７におけるハ−ニ矢視図

【図９】図７におけるニ−ニ矢視図

【図１０】第２実施形態におけるスタックユニットの構
成を示す分解斜視図

【図１１】第２実施形態における燃料電池の横断平面図

【図１２】図１１におけるホ−ホ矢視図

【図１３】図１１におけるヘ−ヘ矢視図

【図１４】第３実施形態における燃料電池の縦断正面図

【図１５】第３実施形態における燃料電池の縦断右側面
図

【図１６】第４実施形態における燃料電池の縦断正面図

【図１７】従来の燃料電池の縦断面図

【符号の説明】

１電解質層２酸素極３燃料極５ガス通路形成部材５ｅ連通部１６載置部１６ａガス通過部１８連通側ガス流路用供給部２５非連通側ガス流路用供給部２６非連通側ガス流路用排出部ｆ燃料ガス流路ｆｏ開口部ｓ酸素含有ガス流路ｓｏ開口部ｘ連通側ガス流路ｙ非連通側ガス流路ＳＵスタックユニットＣセルＬ端子部Ｘガス通路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解質層の一方の面に酸素極を備え且つ
他方の面に燃料極を備えた板状のセルの複数が、前記酸
素極側に酸素含有ガス流路が形成され且つ前記燃料極側
に燃料ガス流路が形成される状態で、且つ、隣合うもの
同士が導電状態に接続される状態で、互いに間隔を隔て
て厚み方向に並置され、並びに、セル並び方向の両端部
に電力取り出し用の端子部が設けられてスタックユニッ
トが構成され、前記酸素含有ガス流路の一対の開口部が、互いに対向す
る状態で前記セルの端縁に設けられ、前記燃料ガス流路
の一対の開口部が、夫々が前記酸素含有ガス流路の一対
の開口部の間に位置して互いに対向する状態で前記セル
の端縁に設けられ、前記スタックユニットの複数が、隣合うもの同士で、前
記燃料ガス流路又は前記酸素含有ガス流路のいずれか一
方のガス流路が互いに連通する状態で、前記セル並び方
向に直交するユニット並び方向に並置されている燃料電
池。
【請求項２】前記複数のスタックユニットが上下方向
のユニット並び方向に並置された状態で載置支持される
載置部に、それに載置されるスタックユニットの前記ガ
ス流路に連通するガス通過部が設けられ、そのガス通過部を用いて、前記ガス流路にガスを供給す
るように、又は、前記ガス流路からガスを排出させるよ
うに構成されている請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】前記ユニット並び方向に隣合うスタック
ユニット同士を接続する複数の接続部のうちの一部が、
その一方の側のスタックユニットの前記ガス流路に外部
からガス供給が可能で、且つ、他方の側のスタックユニ
ットの前記ガス流路から外部にガス排出が可能なように
構成されている請求項１又は２記載の燃料電池。
【請求項４】前記スタックユニット夫々において、前
記燃料ガス流路及び前記酸素含有ガス流路のうちの隣合
うスタックユニット間で連通する連通側ガス流路とは別
の非連通側ガス流路夫々に連通するガス通路が区画形成
されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電
池。
【請求項５】前記スタックユニット夫々の前記ガス通
路を形成するガス通路形成部材に、複数のスタックユニ
ットを並置した状態で前記ユニット並び方向に隣合うガ
ス通路同士を連通させるための連通部が設けられている
請求項４記載の燃料電池。
【請求項６】前記ガス通路として、前記非連通側ガス
流路の一方の開口部に連通する供給用と、他方の開口部
に連通する排出用とが設けられ、前記ユニット並び方向の一方の端部に、その端部のスタ
ックユニットの前記連通側ガス流路にガスを供給する連
通側ガス流路用供給部又はその端部のスタックユニット
の前記連通側ガス流路からガスを排出させるための連通
側ガス流路用排出部のいずれかと、前記供給用のガス通
路にガスを供給するための非連通側ガス流路用供給部
と、前記排出用のガス通路からガスを排出させるための
非連通側ガス流路用排出部が設けられている請求項５記
載の燃料電池。
【請求項７】前記複数のスタックユニットが、前記酸
素極に対して導電状態で接続される端子部を互いに同一
側に向けた状態で並置され、前記ユニット並び方向に隣合う２個のスタックユニット
において、前記セル並び方向両側夫々で、前記ユニット
並び方向に隣合う端子部同士が互いに導電状態で接続さ
れることにより、前記複数のスタックユニットが電気的
に並列接続されている請求項１〜６のいずれか１項に記
載の燃料電池。
【請求項８】前記複数のスタックユニットが、隣合う
もの同士で、前記酸素極に対して導電状態で接続される
端子部を互いに反対側に向けた状態で並置され、前記ユニット並び方向に隣合う２個のスタックユニット
において、前記セル並び方向の一方側で、前記ユニット
並び方向に隣合う端子部同士が互いに導電状態で接続さ
れることにより、前記複数のスタックユニットが電気的
に直列接続されている請求項１〜６のいずれか１項に記
載の燃料電池。