JPS6345768A

JPS6345768A - 燃料電池装置

Info

Publication number: JPS6345768A
Application number: JP61188588A
Authority: JP
Inventors: Mitsuie Matsumura; 光家松村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-08-13
Filing date: 1986-08-13
Publication date: 1988-02-26

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〕この発明は、ガス分配器と燃料、電池本体との接触部分
における反応ガスの漏れ量を、減少させる構造とした燃
料電池装置に関するものである。。

〔従来の技術〕　　　　・　　　　　。

第３図は例えば米国特許筒４．．５１４．４７５号明細
宵に示された従来の溶融炭酸塩形の燃料電池装置を示す
平面図であり、図において（りは燃料電池単体（図示し
ない）を複数個積層して構成された燃料電池本体、（２
）　、　（ａ）はこの燃料電池本体（１）にそれぞれ酸
化ガス、燃料ガスを供給・排出する酸化ガス側ガス分配
器、燃料ガス側ガス分配器、（４）はこれら酸化ガス側
ガス分配器（２）および燃料ガス側ガス分配器（３）の
あ料電池本体（１）に接する端部に設けられたフランジ
部分である。（５）はガスケットであり、燃料電池本体
（１）と酸化ガス側ガス分配器（２）および燃料ガス側
ガス分配器（３）各々のフランジ部分（４）との間に介
在され、ガスシール部分のガスの気密性および電気絶縁
性を保持する。

第４図は第３図に示した燃料電池本体（１）の、酸化ガ
ス入口側から見た側断面図であり、図において（６）は
電解質層、（７）は酸化ガス側ガス拡散性多孔性電極、
（８）は燃料ガス側ガス拡散性多孔性電極であり、（９
）はこれら王者によって形成された燃料電池単体である
。（１０）はこの燃料電池単体（９）と隣接する燃料電
池単体（９）との間に挿入された不透気性ガス分離板で
あり、その構造は第５図に示すように、４枚の金属板で
ある平板の対向する２辺の端部をそれぞれ上、下方向に
折り曲げたものである。

両端の折り返し部分（１１）は燃料電池単体（９）の電
解質層（６）と接することによりガスシール部分を形成
し、もってガス分離板（１０）の下、上にそれぞれ燃料
ガス側ガス室（１２）　ｓ酸化ガス側ガス室（１３）が
形成される。（１４）はガス分離板（１０）の土手部分
であり、燃料ガス側ガス室（１２）および酸化ガス側ガ
ス室（１３）の形成番こ必要な高さを与える。（１５）
はガス分離板（１のの平板部分（１６）と折り返し部分
（１１）との間に挿入された補強材であり、折り返し部
分（１１）を支持し、ガスシールに必要十分な面圧を与
えるためのものである。（１７）は酸化ガス側ガス拡散
性多孔性電極（７）を支持する集電板、（１８）、（１
つはそれぞれのガス室内に配置されかつそれぞれの電極
を支持する酸化ガス側波板、燃料ガス側波板である。

従来の燃料電池装置は上記のようｉこ構成され、これは
６５０℃前後で動作する燃料電池の一種である。この燃
料電池装置は酸化ガス側および燃料ガス側ガス拡散性多
孔性電極（７）および（８）において、それぞれ下式に
示すような化学・電気化学反応が行われることにより、
水素・−酸化炭素の持つ化学エネルギーを電気エネルギ
ーと副生ずる熱エネルギーと番ζ変換される。

（酸化ガス側電極）００２　＋−０２＋　２ｅ−→　００ｓ”−（す（燃料
ガス側電極）Ｈｚ　＋　００５　　−＋　　１１ｔＯ＋　ＯＯｔ　＋
　２ｅ−（２）００　＋　Ｈ２Ｏ−＋　　Ｃｏｔ　＋　
Ｈ２（り上記反応に必要な酸素および二酸化炭素を含む
酸化ガス、水素または一酸化炭素を主要な成分とする燃
料ガスは、それぞれ酸化ガス側ガス分配器（２）および
燃料ガス側ガス分配器（５）を通して酸化ガス側ガス室
（１ｓ）ｉよび燃料ガス側ガス室（１２）に供給され、
かつこれらの酸化ガス側ガス室（１り　ｋよび燃料ガス
側ガス室（１２）から排出される。

酸化ガス側ガス分配器（２）、燃料ガス側ガス分配器（
３）を介しての反応ガスの供給・排出に際しては、燃料
電池本体（１）とフランジ部分（４）とが接するガスシ
ール部分におけるガスケット（５）を介しての酸化ガス
側ガス分配器（２）、燃料ガス側ガス分配器（３）内部
と外気とのガスの気密性を維持することが重要である。

このようなガスの気密性は、ガスケット（５）とガスケ
ット（５）に接するフランジ部分（４）とガスケット（
５）に接する燃料電池本体（１）側面のガスシール領域
とによって確保される。また、ガスケット（５）は、ガ
スケット（５）または酸化ガス側分配器（２）、燃料ガ
ス側分配器（３）を介しての燃料電池単体（９）同士の
電気的短絡を防ぐための電気的絶縁機能をも有している
。従って、ガスケット（５）は燃料電池本体（１）の側
面の凹凸を吸収してガスを気密する通常のガスケット機
能に加えて、電気絶縁機能も有することが必要となる。

このようなガスケット（５）としては、従来、例えばア
ルミナブロックなど、柔軟性はないが電気絶縁性に優れ
た電気絶縁性部材と、柔軟性を有した多孔性のセラミッ
クシートとを積層した複合材料などが用いられている。

従来の燃料電池装置においては、隣り合うガスケット（
５）同士、またはフランジ部分（４）同士が一部干渉し
たり、また部材自身や部材を積層する際の交叉を許容す
るため、ガス分離板（１０）の土手部分（１りまで含め
てガスシール領域とすることは難し−い。従って、ガス
シール領域、ガスケット（５）　、およびフランジ部分
（４）は、第３図に示すように燃料電池本体（１）横断
面角部より多少（例えば５　ｍ／ｍ程度）控えたものと
なっている。すなわち、燃料電池本体（１）の角部から
５　ｍ／ｍ程度はガスシール領域とはならない。このよ
うな構造では、必然的にガスのシール幅が減少してガス
のシール性が低下することに加えて、燃料電池本体（り
の角部においては、ガスケット（５）およびフランジ部
分（４）が欠けているため十分なガスの気密性を保てな
い。特に、第５図に示したような構造のガス分離板（１
０）を用いた燃料電池装置においては、その欠点が顕著
であった。また、このようなガス洩れの主な原因となる
隙間は、セラミック材料よりなるガスケット（５）の特
に電気絶縁性部材と金属材料で主要部分が構成される燃
料電池本体（１）との間の熱膨張率の差のため、温度が
上昇するに従い常温の場合よりも大きくなる傾向ｌこあ
る。従って、特に高温で動作する溶融炭酸塩形の燃料電
池装置では、この欠点が一層顕著となる。

このように、従来の燃料電池装置においては燃料電池本
体（１）と酸化ガス側ガス分配器（２）または燃料ガス
側ガス分配器（３）との間のガスシール部分のガスの気
密性が本来構造的に不十分であり、高いガス利用率での
燃料電池の運転やその安全性に問題があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような燃料電池装置では、酸化ガス側ガス分配器
（２）、燃料ガス側ガス分配器（３）と燃料電池本体（
１）との間におけるガスのシール幅が小さくなったり、
また燃料電池本体（１）の端部に隙間が避けられないな
ど、ガスのシール性が構造的に不十分であるという問題
点があった。この問題点は高温で動作される溶融炭酸塩
形の燃料電池装置、特に、上下に薄板を折りまげた構造
のガス分離板（１０）を用いた場合に著しく、燃料電池
の効率的な運転を可能にする高い燃料利用率における燃
料電池の運転が難かしく、また、可燃性ガスが漏洩する
という安全性の面でも大きな問題点があった。

この発明はこのような問題点を解決するためになされた
もので、特に燃料ガス側についてガス分配器と燃料電池
本体とのガスのシール性を簡単な構造を用いながら効果
的に向上させることにより、高い燃料利用率で効率的か
つ安全な運転の可能な安価な燃料電池装置を得ることを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る燃料電池装置は、１組の酸化ガス側分配
器および１組の燃料ガス側分配器のいずれか１組のガス
分配器のフランジ部分およびこのフランジ部分と燃料電
池本体との間に介在されるガスケットの少なくとも一方
を燃料電池本体の横断面角部延長方向に突出させたもの
である。

〔作　用〕

この発明においては、燃料電池本体の横断面角部延長方
向に突出させられたガス分配器フランジ部分およびガス
ケットを用いることｌこより、ガス分離板の土手部分ま
で含めてガスシール領域とすることができ、簡単な構造
でありながらガスシール領域のガスのシール性を大巾に
改善できる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す平面図であり、（１
）〜（５）は上記従来の燃料電池装置におけるものと全
く同一である。（４Ａ）は燃料電池本体（１）の横断面
角部延長方向に突出させられ、燃料ガス側ガスシール部
分のガスの気密性を向上させるための燃料ガス側ガス分
配器（３）のフランジ部分である。

また、（ｓＡ）はこのフランジ部分（４Ａ）と燃料電池
本体（りとの間に介在されかつ例えばフランジ部分（４
Ａ）の幅と同一幅のガスケットである。

上記のように構成され、ガス分離板（１０）を用いた燃
料電池装置においては、燃料電池本体（１）の側面にお
いてガスケット（５）と接するガスシール領域で、平板
部分（１６）と折り返し部分（１１）との間に挟まれた
部分が中空となるため、酸化ガス側ガス分配器（２）、
燃料ガス側ガス分配器（３）と燃料電池本体（１）との
間の十分な気密性を保つためには、土手部分（１４）ま
でを含めてガスシール領域とする必要がある。そこで、
燃料ガス側ガス分配器（３）のフランジ部分（４Ａ）、
燃料ガス側のガスケラ）　（５Ａ）を燃料電池本体（１
）の角部力１ら突出させることにより、簡単な構造であ
りながら特に燃料ガス側においてガスの気密性を大きく
改善している。すなわち、高温動作状態での従来の燃料
電池積層体における燃料ガスの気密性は、例えばｑｏ’
−ｑｓｔｓ程度であったが、この発明による構造を採用
することにより、例えば９９％以上にまで改善すること
ができた。

さらに、ガスケラ）　（５Ａ）の素材、ガスシール領域
の幅などのシール構造の最適化を図ることにより、それ
以上の改善も可能である。

この発明におけるフランジ部分く４Ａ）およびガスケラ
）　（５Ａ）は、第１図に示したように反応ガスを十字
流形式で外部よりガス分配器を用いて供給する燃料電池
装置においては、燃料ガス側または酸化ガス側いずれか
一方のガス系にしか設けられない。しかしながら、第１
図に示したように、フランジ部分（４Ａ）およびガスケ
ラ）　（５Ａ）を燃料ガス側ガス分配器（３）に適用し
、燃料ガス側のガスの気密性を確保できれば、酸化ガス
側における反応ガスの多少の漏洩は実質上問題とならな
い。なぜならば、空気および二酸化炭素を主成分とする
酸化ガス単独の漏洩は安全上問題がないからであり、ま
た、燃料ガスの漏洩は、燃料ガス側の利用率が通常８０
−９０％と高いため数％−１１１％程度でも燃料ガスが
不足気味となって電池特性が大きく低下し発電効率の低
下をもたらすが、酸化ガスの利用率は２Ｇ−５０％程度
と低く多少の漏洩では電池特性に影響を与えないからで
ある。

フランジ部分（４Ａ）およびガスケット（５Ａ）を燃料
電池本体（１）の角部より突出させる場合、その寸法は
各部材の熱膨張率の差等を勘案して決定することが重要
である。具体的には、例えばガスケット（５Ａ）の主要
な構成材料がアルミナ、燃料電池本体（１）および燃料
ガス側ガス分配器（３）の主要な構成材料がステンレス
鋼であり、燃料電池単体（９）が６５０℃で動作する溶
融炭酸塩形の燃料電池積層体である場合には、燃料電池
単体の一辺が１７７！であると、ガスケラ）　（５Ａ）
と燃料電池本体（１）、燃料ガス側ガス分配器（３）と
の間には約６ｕの熱膨張率の差による長さの差が生じる
０従って、この場合には室温状態においてガスケラ）　
（５Ａ）をフランジ部分（４人）よりもさらに数ｎ程度
余分に突出させておくことが必要であり、このように突
出部分の寸法を選定することをとより、この発明の利点
を十分に発揮することができる。

なお、上記実施例では、燃料ガス側ガス分配器（３）に
突出したフランジ部分（４Ａ）・およびガスケット（５
Ａ）を設けたものを示したが、フランジ部分（４人）お
よびガスケラ）　（５Ａ）を酸化ガス側ガス分配器（２
）に設けても良い。例えば燃料ガスの供給法として、燃
料電池本体（１）の外部に燃料ガス側ガス分配器（３）
を設けず、燃料電池本体（１）の内部に燃料ガスの分配
供給・排出機構を設け、他方、酸化ガスの供給・排出に
は酸化ガス側ガス分配器（２）を用いる場合、この酸化
ガス側ガス分配器（２）に突出したフランジ（４Ａ）お
よびガスケット（５Ａ）を設けるのが効果的である。

また、上記実施例では、フランジ部分（４Ａ）およびガ
スケット（５Ａ）が共に燃料電池本体（１）の角部より
突出したものを示したが、必ずしもこれら両者が共−こ
突出している必要はない。例えば燃料ガス側のガスケラ
）　（ＳＡ）が構造力学的にガスシール領域に十分なシ
ール面圧を与えることが可能であれば、ガスケット（５
Ａ）のみが突出しているような構造であってもよい。例
えば第２図ば第１図に示した酸化ガス側ガス分配器（２
）、燃料ガス側ガス分配器（３）と燃料電池本体（１）
との間のガスシールを行っている燃料電池本体（１）の
角部を拡大したものである。この図でガスケット（５Ａ
）および（５）の各々は、電気絶縁性部材（５１）の両
面にガス気密性部材（５２）が積層されたものから成る
。この図の場合、燃料ガス側のガスケラ）　（５Ａ）が
ガスシール面圧を伝えるの−こ十分な強度を有した電気
絶縁性部材（５１）を含んでいるため、第２図に示すよ
うにフランジ部分（４）は燃料電池本体（１）の角部よ
り突出している必要はない。一方、ガスケットの代わり
に例えばスラリー状め補填剤を用いる場合には、第１図
に示したようにフランジ部分（４Ａ）のみが燃料電池本
体（１）の角部から突出していればよい。要するに、ガ
スの気密性を特２こ改善したい箇所において、フランジ
部分（４Ａ）およびガスケラ）　（５Ａ）の少なくとも
一方を燃料電池本体（１）の角部延長方向に突出させ、
十分なガスの気密性を確保できれば良い。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、１組の酸化ガス側分配
器および１組の燃料ガス側分配器のいずれか１組のガス
分配器のフランジ部分およびこのフランジ部分と燃料電
池本体との間に介在されるガスケットの少なくとも一方
を燃料電池本体の横断面角部延長方向に突出させたので
、ガス分配器のガスシール部分のガスの気密性番こ関し
、特に気密性を改善したい部分において従来のガスシー
ル構造を保ちながら燃料電池本体の側面端部までを含め
てガスシール領域とすることができ、簡単かつ安価な構
造で効果的にガスの気密性を大巾に改善でき、安全で信
頼性の高い、また発電効率の高い燃料電池装置が得られ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す平面図、第２図は第
１図に示す燃料電池本体（１）角部を示す拡大図、第３
図は従来の溶融炭酸塩形の燃料電池装２分離板（１０）
を示す斜視図である。図において、（１）は燃料電池本体、（２）は酸化ガス
側ガス分配器、（３）は燃料ガス側ガス分配器、（４）
。（４Ａ）はフランジ部分、（５）　、　（５Ａ）はガス
ケット、（５１）は電気絶縁性部材、（５２）はガス気
密性部材である。なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。ぢ１図５１−・−電気絶縁ＰＬ■ 狸３図酸イヒカ゛ス出口 ↑ 配化π人人口晃４図手続補正書「自発」昭塊１．１１．９１　日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一対の隔置されたガス拡散性多孔性電極およびこ
れらガス拡散性多孔性電極の間に挟まれた電解質層より
なる燃料電池単体、および隣接するこの燃料電池単体の
間に挿入された不透気性のガス分離板を複数個積層して
構成された燃料電池本体と、この燃料電池本体の側面に
ガスケットを介して設けられかつ上記燃料電池本体に反
応ガスを十字流形式に供給、排出する１組の酸化ガス分
配器および１組の燃料ガス分配器とを備えた燃料電池装
置であって、上記１組の酸化ガス分配器および上記１組
の燃料ガス分配器のいずれか１組のガス分配器のフラン
ジ部分、および上記ガスケットの少なくとも一方が上記
燃料電池本体の横断面角部延長方向に突出していること
を特徴とする燃料電池装置。
（２）燃料電池は溶融炭酸塩形の燃料電池であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電池装置。
（３）ガス分離板は、１枚の金属板で造られ、対向する
２辺に沿った金属板端部をそれぞれ上方向および下方向
に折り曲げたものであることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の燃料電池装置。
（４）ガスケットは、補填材または電気絶縁性部材であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電
池装置。
（５）ガスケットは、電気絶縁性部材とガス気密性部材
とが積層されたものであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の燃料電池装置。