JPS62256381A - 燃料電池のセパレ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換す
る燃料電池のカソード側と７ノード側とを仕切るために
用いるセパレータに関するものである。

［従来の技術１ 一般に燃料電池は第７図に示すような構造が知られてい
る。図示するようにタイル（電［板）ａをカソードｂと
アノードＣの両電極で両面から挟み、カソードｂ側に作
動流体としてＣＯ２を含んだ空気ｄを供給すると共に、
アノードｃｌｌに作動流体として１１２等の燃料ガスｅ
を供給することによりカソードｂとアノードＣとの間で
発生する電位差により発電が行われるようにしたユニッ
トを、セパレータｆを介して多層に１１！ＩＩさせて構
成している。

そして、上記燃料電池に用いられているセパレータｆと
しては、第８図及び第９図に一例を示す如く、周辺部の
一側に空気ｄの供給流路り、燃料ガスｅの供給流路ｉ＠
−開口させると共に、周辺部の他側に空気排出流路ｊ、
燃料ガス排出流路ｋを形成し、かかる周辺部を除く内部
にエツチング或は切削加工等でガスの流路となる凹凸ｑ
を形成させたものが通常であり、空気ｄ及び燃料ガスｅ
をセパレータｆ両面に沿い流すようにするため、アノー
ド側マニボールド板ｊ及びカソード側マニホールド板ｍ
がセパレータｆの周縁部両面に重ね合わされて使用され
るようにしである。

また、本出願人は先に特願昭６０−１２１７７４＠で［
溶融炭酸塩燃料電池」を出願した。

これを第１０図及び第１１図を基に説明すると、タイル
ａと平板状のセパレータｆとの間に内部くり抜き部を有
するマニホールド板ｎを組み込んでカソードｂとセパレ
ータｆとの間及びアノードＣとセパレータｆとの間に各
々空間を形成し、各空間部に、作動流体の流路を形成し
且つ所定のばね特性をもたせた流路板Ｏ１ｐを介在さぜ
、カソードｂ及びアノードＣを各流路板０．ｐでタイル
ａに押し付けるよう構成している。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、第７図〜第９図で説明した従来例にあっては
、次のような問題があった。

（１）　　セパレータｆのガス流路をエツチング或は切
削加工で成形しているため製作コストが高い。

（２）　　エツチング或は切削加工によってガス流路を
製作する場合自から限界があり、セパレータｆは肉厚に
なってしまう。このため流路断面積を大ぎくできず圧力
損失が大きくなる。

（３）　　肉厚のセパレータｆ及びこのセパレータｆの
両側に設けるマニホールド板ｊ１ｍにより燃料電池全体
の重量が増大する。

（４）　　セパレータｆ及びマニホールド板１．ｍは剛
体であるためその厚みにばらつきがあると、接合面に隙
間が生じガスリークを起こすだけでなく、カソードｂ及
びアノードＣをタイルａに均一に押し付けることができ
なくなり、タイルａが歪み、ヘアークラックを生じるこ
とがある。

本出願人が提案した［溶融炭酸塩燃料電池」では、上述
した問題点をほぼ解決しているが、この提案でもガスリ
ーク及び燃料電池全体の重量軽減の面でまだ問題があっ
た。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、安価に製作でき、軽層でガスリ
ークを防止できる燃料電池のセパレータを提供すること
にある。

［問題点を解決するための手段］ 以上の問題点を解決するために本発明は、カソードとア
ノード閤に介在し、それぞれの側に流れる酸化ガス及び
燃料ガスの流路を区画する燃料電池のセパレータにおい
て、上下二枚の薄板を重ね合わせて周縁部を互いに接合
し、内部に不活性ガス等を封入して袋体状にセパレータ
を形成し、このセパレータの上記カソードと７ノ一ド間
に位置される部分を波状に折り返して上記流路を形成さ
せると共に上記カソードとアノードとの周縁部に位置さ
れる部分をこれらカソードとアノードとを囲繞し密封す
るように上記薄板間を離間させ膨みを持たせたシール部
を形成して構成したものである。

［作　用］ 以上のように構成された燃料電池のセパレータは、二枚
の薄板で袋体状に成形され内部にガスが封入されている
ため軽量で弾力性に富み、燃料電池が運転され発熱し始
めると、セパレーク内のガスが暖められ膨張する。これ
により、シール部が膨張して気密性が一層高くなる。

また、セパレータが酸化ガス及び燃料ガスの流路を形成
する部分ではこのセパレータの弾力性により他の部品の
破損を防止できる。

［実施例］ 以下に本発明の一実施例を添付図面に従って説明する。

第１図は本発明のセパレータを取り付けた燃料電池を示
す開所面図、第２図は本発明のセパレータを示す平面図
、第３図、第４図及び第５図はそれぞれ第２図のｍ−ｍ
５．ｒｖ−ｒｖ線及びｖ−ｖ線矢祝断面図である。

全体の構成を第１図に基づいて説明すると、電解質板１
の両側にカソード２とアノード３が設けられて一つのユ
ニットを形成し、このユニットを本発明のセパレータ４
を介して多層に積層し燃料電池５が構成されている。

上記セパレータ４を第２図〜第５図に基づいて説明する
。

セパレータ４は第５図に示すようにプレス加工によって
成形された二枚の薄板６．７を重ね合わせ、その周縁部
をロウ付は等により接合して袋体状に成形されている。

この袋体状のセパレータ４の内部には不活性ガス（Ｎ２
ガス等）が封入されている。尚、上記二枚の薄板６．７
は、その上側の薄板６をニッケル（Ｎｉ）で、下側の薄
板７をステンレス（８０８３１６等）で成形されている
。

セパレータ４の形状は、平面が矩形を成しく第２図参照
）、その周縁部に、二つの電解質板１゜１聞を密封する
ために膨みを持たせたシール部８を形成している（第３
図、第４図、第５図参照）。

第２図中の９及び１０は燃料ガスの供給流路及び排出流
路である。燃料ガスはセパレータ４の上側（７ノード３
側）を流れるため、このセパレータ４には、供給流路９
からセパレータ４上側へガスを供給するための通路とな
る間隙部１１が形成され、セパレータ４下側へ燃料ガス
が流入しないように電解質板１と密着して流入を防止す
る密封部１２（第４図参照）が形成されている。

第２図中の１３及び１４は酸化ガスの供給流路及び排出
流路である。酸化ガスはセパレータ４の下側（カソード
２側）を流れるため、このセパレータ４には、その下側
へ酸化ガスを供給するための通路となる間隙部１５（第
３図参照）が形成され、上側へ酸化ガスが流入しないよ
うに電解質板１と密着して流入を防止する密封部１６が
形成されている。

尚、間隙部１１．１５は、その表面が波状に形成され、
カソード２及びアノード３との間にガス流路を形成して
いる。

上記セパレータ４上側面の密封部１６及びシール部８、
つまりセパレータ４上側面のうち電解質板１と密着して
、燃料ガス流路と酸化ガス流路との問及びこれらガス流
路と外側との間を密封する部分を示すと第２図中の斜線
部分となる。第２図の中で燃料ガス及び酸化ガスの供給
流路９．１３と排出流路１０．１４との間には、所定の
間隔ごとにガス流路群１７・・・が形成されている。こ
のガス流路群１７・・・は、第５図に示すように二枚の
薄板６．７を互いに近接させ波状に折り返して形成され
ている。

二層のガス流路群１７．１７の間隙１８では、二枚の薄
板６．７は互いに近接し平板状になっている（第２図、
第３図、第４図参照）。尚、第３図及び第４図中１９は
セパレータ４の周縁部に成形されたシール部８の輪郭で
ある。

次に本実施例の作用について説明する。

第６図は燃料ガス及び酸化ガスの流れを示１図であり、
図中、下半分２０は第２図の■−■線矢視断面を示し、
下半分２１はｍＶ−ｍＶ線矢視断面を示す。

燃料電池が運転されると、燃料ガス２２は間隙部１１を
通り、セパレータ４の上側を流れる。尚、この間隙部１
１の表面は波状に形成されているのでアノード３との間
に通路を有している。

酸化ガス２３は間隙部１５を通り、セパレータ４の下側
を流れる。この場合も、間隙部１５の表面が波状に形成
されカソード２との間に通路を有している。

そして、燃料ガス及び酸化ガスが反応し始めると、これ
により熱が発生する。この熱によりセパレータ４内部の
不活性ガスが暖められ膨張する。

このガス膨張によりセパレータ４のシール部８及び密封
部１２．１６が電解質板１に強く押圧され、これらの部
分を確実に密封する。

以上述べたようにセパレータ４は二枚のＲＷ＆６゜７で
成形され内部にガスが封入されているので、軽量で弾力
性に富む。このためカソード２．アノード３及び電解質
板１をセパレータ４を介して多段に積層しこれらを固定
して燃料電池゛を構成する時でもセパレータ４の弾力性
により電解質板１にクラックが発生することがない。

また、セパレータ４の中でガス流路群１７を形成してい
るところでは二枚の薄板６．７を互いに近接させている
ためその占有面積が小さい。この結果ガス流路断面積が
大きくなり圧力損失が小さくなる。

更に、燃料ガスに対してニッケル、酸化ガスに対してス
テンレスというようにセパレータ４の二枚の薄板６．７
としてそれぞれのガスに適した材料を容易に選択するこ
とができる。

［発明の効果］ 以上型するに本発明によれば次のような効果を発揮する
。

（１）　　セパレータを二枚の薄板で成形するので軽相
化でき、この結果燃料電池全体の重酋を軽減できる。

（２）　　セパレータはプレス加工により容易に成形で
きるので製作コストを低減できる。

（３）　　セパレータをその内部にガスを封入した袋体
状に成形したので弾力性に富み、各部材に発生するクラ
ックを防止できると共にセパレータ内に封入したガスの
膨張により燃料ガス及び酸化ガスのリークを防止できる
。

（４セパレータの板厚が薄く燃料ガス及び酸化ガスの流
路断面積を大きくとれるので圧力損失を低減できる。

（５）　　セパレータの燃料ガス側及び酸化ガス側にそ
れぞれのガスに適した材料を選択できるので、セパレー
タの寿命が延びる。更に（３）の理由も伴って燃料電池
の寿命が延びる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセパレータを取り付けた燃料電池を示
す側断面図、第２図は本発明のセパレータを示す平面図
、第３図、第４図及゛び第５図はそれぞれ第２図の■−
■線、ＩＶ−ＩＶＩ！及びｖ−ｖ線矢視断面図、第６図
は燃料電池内での燃料ガス及び酸化ガスの流れを示す側
断面図、第７図は従来例を示す側断面図、第８図及び第
９図は従来のセパレータを示す斜視図、第１０図は第２
の従来例を示す側断面図、第１１図は第１０図のＸＩ−
ＸＩ線矢視断面図である。 図中、１は電解質板、２はカソード、３はアノード、４
はセパレータ、８はシール部である。 特　許　出　願　人　　石川島播磨重工業株式会社代理
人弁理士　絹　　谷　　信　　雄 第７図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. カソードとアノード間に介在し、それぞれの側に流れる
   酸化ガス及び燃料ガスの流路を区画する燃料電池のセパ
   レータにおいて、上下二枚の薄板を重ね合わせて周縁部
   を互いに接合し、内部に不活性ガス等を封入して袋体状
   にセパレータを形成し、該セパレータの上記カソードと
   アノード間に位置される部分を波状に折り返して上記流
   路を形成させると共に上記カソードとアノードとの周縁
   部に位置される部分をこれらカソードとアノードとを囲
   繞し密封するように上記薄板間を離間させ膨みを持たせ
   たシール部を形成したことを特徴とする燃料電池のセパ
   レータ。