JP2002008683A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単セルを構成する固体電解質体の破損を防ぎ
ながら、発電出力を増大させる。 【解決手段】 固体電解質型燃料電池のセパレータ１２
の側部１４の内部に、燃料ガス供給孔１６ａ及び酸化剤
ガス供給孔１６ｂを設けた。隅部１５の表面１５Ａ上に
凹部１８ａを設け、裏面上に凹部を設けた。セパレータ
１２の内部に、燃料ガス供給孔１６ａと各凹部１８ａ内
とを接続する燃料ガス用配管１９ａと、酸化剤ガス供給
孔１６ｂと裏面上の凹部内とを接続する酸化剤ガス用配
管とを配設した。各凹部１８ａを中心とした螺旋状の燃
料ガス用凹溝２１ａ，…，２１ａと、裏面上の各凹部を
中心とした螺旋状の酸化剤ガス用凹溝を設けた。各隅部
１５毎及び裏面上の各隅部毎に１つの単セルを積層し
て、同一のセパレータ１２に積層された複数の単セルを
互いに電気的に並列に接続した。
ながら、発電出力を増大させる。 【解決手段】 固体電解質型燃料電池のセパレータ１２
の側部１４の内部に、燃料ガス供給孔１６ａ及び酸化剤
ガス供給孔１６ｂを設けた。隅部１５の表面１５Ａ上に
凹部１８ａを設け、裏面上に凹部を設けた。セパレータ
１２の内部に、燃料ガス供給孔１６ａと各凹部１８ａ内
とを接続する燃料ガス用配管１９ａと、酸化剤ガス供給
孔１６ｂと裏面上の凹部内とを接続する酸化剤ガス用配
管とを配設した。各凹部１８ａを中心とした螺旋状の燃
料ガス用凹溝２１ａ，…，２１ａと、裏面上の各凹部を
中心とした螺旋状の酸化剤ガス用凹溝を設けた。各隅部
１５毎及び裏面上の各隅部毎に１つの単セルを積層し
て、同一のセパレータ１２に積層された複数の単セルを
互いに電気的に並列に接続した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば平板型等の
固体電解質からなる固体電解質型燃料電池に関し、特
に、固体電解質の正極側及び負極側を両側から挟み込
み、正極側及び負極側のそれぞれに異なる反応ガスを供
給するセパレータに関する。
固体電解質からなる固体電解質型燃料電池に関し、特
に、固体電解質の正極側及び負極側を両側から挟み込
み、正極側及び負極側のそれぞれに異なる反応ガスを供
給するセパレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば特開平３−１２９６７５号
公報に開示された固体電解質型燃料電池のように、固体
電解質体とセパレータ間のガスシールを不要とした固体
電解質型燃料電池が知られている。図６は、上記従来技
術の一例による固体電解質型燃料電池１の要部斜視図で
ある。この固体電解質型燃料電池１は、例えばジルコニ
ア等の酸化物固体電解質からなる固体電解質板を両側か
ら挟み込む正極及び負極を備えてなる単セル２と、セパ
レート板３とが、交互に積層されて構成されている。単
セル２と対向するセパレート板３の表面上には、固体電
解質型燃料電池１の中心軸Ｐと同軸に、互いに接続され
た複数の円環状凹溝が形成されている。中心軸Ｐ近傍に
は、セパレート板３の一方の表面側の円環状凹溝に燃料
ガスを供給する燃料ガス供給管４と、他方の表面側の円
環状凹溝に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給管５と
が、中心軸Ｐに沿って内部を貫通するように配設されて
いる。そして、セパレート板３の表面上にて、中心軸Ｐ
近傍の各ガス供給管４，５に設けられた反応ガス吹出口
から外周側へと向かい流通させられた燃料ガス及び酸化
剤ガスは、セパレート板３の外周面上で開口した燃料ガ
ス排出口６及び酸化剤ガス排出口７から外部へと排出さ
れる。
公報に開示された固体電解質型燃料電池のように、固体
電解質体とセパレータ間のガスシールを不要とした固体
電解質型燃料電池が知られている。図６は、上記従来技
術の一例による固体電解質型燃料電池１の要部斜視図で
ある。この固体電解質型燃料電池１は、例えばジルコニ
ア等の酸化物固体電解質からなる固体電解質板を両側か
ら挟み込む正極及び負極を備えてなる単セル２と、セパ
レート板３とが、交互に積層されて構成されている。単
セル２と対向するセパレート板３の表面上には、固体電
解質型燃料電池１の中心軸Ｐと同軸に、互いに接続され
た複数の円環状凹溝が形成されている。中心軸Ｐ近傍に
は、セパレート板３の一方の表面側の円環状凹溝に燃料
ガスを供給する燃料ガス供給管４と、他方の表面側の円
環状凹溝に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給管５と
が、中心軸Ｐに沿って内部を貫通するように配設されて
いる。そして、セパレート板３の表面上にて、中心軸Ｐ
近傍の各ガス供給管４，５に設けられた反応ガス吹出口
から外周側へと向かい流通させられた燃料ガス及び酸化
剤ガスは、セパレート板３の外周面上で開口した燃料ガ
ス排出口６及び酸化剤ガス排出口７から外部へと排出さ
れる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術の一例による固体電解質型燃料電池１では、例えば発
電出力（つまり電流及び電圧）を高めるために固体電解
質型燃料電池１を大型化する場合には、ステンレス等の
金属からなるセパレート板３と共に、ジルコニア等の酸
化物固体電解質からなる単セル２の形状を大きく形成す
る必要がある。すなわち単セル２及びセパレート板３の
直径を大きく形成して、複数（例えば数十枚から数百
枚）の単セル２，…，２及びセパレート板３，…，３を
交互に積層する。しかしながら、単セル２を所定の限度
（例えば直径で１００ｍｍ程度）を超えて大型化する
と、単セル２の製造段階や発電後において単セル２が割
れやすくなるという問題が生じる。しかも、積層された
単セル２，…，２において一部のセル破損が生じると固
体電解質型燃料電池１の出力が大幅に低下してしまう恐
れがある。本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、
単セルを構成する固体電解質体の破損を防ぎながら、発
電出力を増大させることが可能固体電解質型燃料電池を
提供することを目的とする。
術の一例による固体電解質型燃料電池１では、例えば発
電出力（つまり電流及び電圧）を高めるために固体電解
質型燃料電池１を大型化する場合には、ステンレス等の
金属からなるセパレート板３と共に、ジルコニア等の酸
化物固体電解質からなる単セル２の形状を大きく形成す
る必要がある。すなわち単セル２及びセパレート板３の
直径を大きく形成して、複数（例えば数十枚から数百
枚）の単セル２，…，２及びセパレート板３，…，３を
交互に積層する。しかしながら、単セル２を所定の限度
（例えば直径で１００ｍｍ程度）を超えて大型化する
と、単セル２の製造段階や発電後において単セル２が割
れやすくなるという問題が生じる。しかも、積層された
単セル２，…，２において一部のセル破損が生じると固
体電解質型燃料電池１の出力が大幅に低下してしまう恐
れがある。本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、
単セルを構成する固体電解質体の破損を防ぎながら、発
電出力を増大させることが可能固体電解質型燃料電池を
提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決して係る
目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の固体
電解質型燃料電池は、正極及び負極により挟み込まれた
固体電解質からなる複数の単セルと、これらの複数の単
セルの前記正極側及び前記負極側に積層されたセパレー
タとを備えた固体電解質型燃料電池であって、前記セパ
レータの表面上に設けられた複数の反応ガス供給穴と、
前記セパレータの内部に設けられて前記セパレータ側部
の開口部と前記反応ガス供給穴とを接続する反応ガス流
通用配管と、前記複数の単セル毎に設けられて前記単セ
ルに対向する前記セパレータの表面上で前記反応ガス供
給穴を中心として渦を巻く略螺旋状の反応ガス流通用凹
溝とを備えたことを特徴としている。
目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の固体
電解質型燃料電池は、正極及び負極により挟み込まれた
固体電解質からなる複数の単セルと、これらの複数の単
セルの前記正極側及び前記負極側に積層されたセパレー
タとを備えた固体電解質型燃料電池であって、前記セパ
レータの表面上に設けられた複数の反応ガス供給穴と、
前記セパレータの内部に設けられて前記セパレータ側部
の開口部と前記反応ガス供給穴とを接続する反応ガス流
通用配管と、前記複数の単セル毎に設けられて前記単セ
ルに対向する前記セパレータの表面上で前記反応ガス供
給穴を中心として渦を巻く略螺旋状の反応ガス流通用凹
溝とを備えたことを特徴としている。
【０００５】上記構成の固体電解質型燃料電池によれ
ば、例えば１つのセパレータに１つの単セルを配置さ
せ、複数枚を積層させて得た積層体によって固体電解質
型燃料電池を構成する場合に比べて、１つのセパレータ
に対して複数の独立した単セルを並べて配置させること
で、反応ガスの供給用配管を削減することができ、固体
電解質型燃料電池を小型化することで単位体積当たりの
発電出力を向上させることができる。
ば、例えば１つのセパレータに１つの単セルを配置さ
せ、複数枚を積層させて得た積層体によって固体電解質
型燃料電池を構成する場合に比べて、１つのセパレータ
に対して複数の独立した単セルを並べて配置させること
で、反応ガスの供給用配管を削減することができ、固体
電解質型燃料電池を小型化することで単位体積当たりの
発電出力を向上させることができる。
【０００６】さらに、請求項２に記載の本発明の固体電
解質型燃料電池では、同一の前記セパレータに配置され
た前記複数の単セルは、互いに電気的に並列に接続され
たことを特徴としている。上記構成の固体電解質型燃料
電池によれば、複数の単セルが互いに独立して発電状態
をなしており、セパレータ１つ当たりの発電出力（電流
値）を増大させることができる。
解質型燃料電池では、同一の前記セパレータに配置され
た前記複数の単セルは、互いに電気的に並列に接続され
たことを特徴としている。上記構成の固体電解質型燃料
電池によれば、複数の単セルが互いに独立して発電状態
をなしており、セパレータ１つ当たりの発電出力（電流
値）を増大させることができる。
【０００７】さらに、請求項３に記載の本発明の固体電
解質型燃料電池では、同一の前記セパレータに配置され
て互いに電気的に並列に接続された前記複数の単セルを
一組の単セル群として、複数の前記セパレータと交互に
積層された複数の前記単セル群は互いに電気的に直列に
接続されたことを特徴としている。上記構成の固体電解
質型燃料電池によれば、例えば１つの単セルが破損した
場合であっても、正常な他の単セルからの出力を取り出
すことができるため、大型の単セルに比べて極端な出力
低下が発生することを防止することができる。
解質型燃料電池では、同一の前記セパレータに配置され
て互いに電気的に並列に接続された前記複数の単セルを
一組の単セル群として、複数の前記セパレータと交互に
積層された複数の前記単セル群は互いに電気的に直列に
接続されたことを特徴としている。上記構成の固体電解
質型燃料電池によれば、例えば１つの単セルが破損した
場合であっても、正常な他の単セルからの出力を取り出
すことができるため、大型の単セルに比べて極端な出力
低下が発生することを防止することができる。
【０００８】さらに、請求項４に記載の本発明の固体電
解質型燃料電池では、前記セパレータは対向する２つの
表面上に前記反応ガス流通用凹溝を備え、一方の前記表
面上の前記反応ガス流通用凹溝と、他方の前記表面上の
前記反応ガス流通用凹溝とは、両表面側から見て互いに
同一形状に形成されたことを特徴としている。上記構成
の固体電解質型燃料電池によれば、単セルを両側から挟
み込む一方の反応ガス流通用凹溝と、他方の反応ガス流
通用凹溝とは、互いに交差するように配置されるため、
例えば、一方の反応ガス流通用凹溝に供給された反応ガ
スと他方の反応ガス流通用凹溝に供給された反応ガスと
の圧力差に起因する内圧が発生した場合であっても、固
体電解質が変形したり、破損してしまうことを防止する
ことができる。
解質型燃料電池では、前記セパレータは対向する２つの
表面上に前記反応ガス流通用凹溝を備え、一方の前記表
面上の前記反応ガス流通用凹溝と、他方の前記表面上の
前記反応ガス流通用凹溝とは、両表面側から見て互いに
同一形状に形成されたことを特徴としている。上記構成
の固体電解質型燃料電池によれば、単セルを両側から挟
み込む一方の反応ガス流通用凹溝と、他方の反応ガス流
通用凹溝とは、互いに交差するように配置されるため、
例えば、一方の反応ガス流通用凹溝に供給された反応ガ
スと他方の反応ガス流通用凹溝に供給された反応ガスと
の圧力差に起因する内圧が発生した場合であっても、固
体電解質が変形したり、破損してしまうことを防止する
ことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
固体電解質型燃料電池ついて添付図面を参照しながら説
明する。図１は本発明の一実施形態に係る固体電解質型
燃料電池１０の要部側断面図であり、図２は図１に示す
セパレータ１２の側面図であり、図３は図２に示すセパ
レータ１２の燃料極側の平面図であり、図４は図２に示
すセパレータ１２の空気極側の平面図であって内部にお
ける反応ガスの流路を強調して示す図であり、図５は図
３に示すセパレータ１２のＡ−Ａ線断面図である。
固体電解質型燃料電池ついて添付図面を参照しながら説
明する。図１は本発明の一実施形態に係る固体電解質型
燃料電池１０の要部側断面図であり、図２は図１に示す
セパレータ１２の側面図であり、図３は図２に示すセパ
レータ１２の燃料極側の平面図であり、図４は図２に示
すセパレータ１２の空気極側の平面図であって内部にお
ける反応ガスの流路を強調して示す図であり、図５は図
３に示すセパレータ１２のＡ−Ａ線断面図である。
【００１０】本実施の形態による固体電解質型燃料電池
１０は、例えば外観略四角柱状に形成されており、例え
ばジルコニア等の酸化物固体電解質からなる円板状の固
体電解質板１１Ａと、この固体電解質板１１Ａの両側の
正極１１Ｂ及び負極１１Ｃと、セパレータ１２と、多孔
質金属板１３とを備えて構成されている。そして、固体
電解質板１１Ａ及び両電極１１Ｂ，１１Ｃは一つの単セ
ル１１をなし、後述するように互いに並列に配置された
複数の単セル１１，…，１１とセパレータ１２との間に
多孔質金属板１３を介在させて、複数の単セル１１，
…，１１とセパレータ１２とが交互に積層されている。
１０は、例えば外観略四角柱状に形成されており、例え
ばジルコニア等の酸化物固体電解質からなる円板状の固
体電解質板１１Ａと、この固体電解質板１１Ａの両側の
正極１１Ｂ及び負極１１Ｃと、セパレータ１２と、多孔
質金属板１３とを備えて構成されている。そして、固体
電解質板１１Ａ及び両電極１１Ｂ，１１Ｃは一つの単セ
ル１１をなし、後述するように互いに並列に配置された
複数の単セル１１，…，１１とセパレータ１２との間に
多孔質金属板１３を介在させて、複数の単セル１１，
…，１１とセパレータ１２とが交互に積層されている。
【００１１】図３及び図４に示すように、例えばステン
レス鋼等からなるセパレータ１２は略正方形板状に形成
されており、セパレータ１２の厚さ方向において表面１
２Ａ側（燃料極側）と裏面１２Ｂ側（空気極側）とは略
同一形状に形成され、例えば表面１２Ａ側に水素を含む
燃料ガスが供給され、裏面１２Ｂ側に酸素を含む酸化剤
ガスが供給されている。セパレータ１２は、略正方形の
４隅が例えば所定曲率の円弧状に形成されており、これ
らの円弧状の４隅が互いに滑らかに連なるようにして曲
線状の４辺が形成されている。すなわち、セパレータ１
２の外側に向かい突出するように形成された円弧状の４
隅に対して、セパレータ１２の中心部に向かい凹むよう
な凹曲線状の４辺が設けられている。
レス鋼等からなるセパレータ１２は略正方形板状に形成
されており、セパレータ１２の厚さ方向において表面１
２Ａ側（燃料極側）と裏面１２Ｂ側（空気極側）とは略
同一形状に形成され、例えば表面１２Ａ側に水素を含む
燃料ガスが供給され、裏面１２Ｂ側に酸素を含む酸化剤
ガスが供給されている。セパレータ１２は、略正方形の
４隅が例えば所定曲率の円弧状に形成されており、これ
らの円弧状の４隅が互いに滑らかに連なるようにして曲
線状の４辺が形成されている。すなわち、セパレータ１
２の外側に向かい突出するように形成された円弧状の４
隅に対して、セパレータ１２の中心部に向かい凹むよう
な凹曲線状の４辺が設けられている。
【００１２】セパレータ１２は、側面１２Ｃから内側に
所定長さの側部１４と、この側部１４の内側における略
円板状の４つの隅部１５，…，１５とを備えて構成され
ており、セパレータ１２の厚さ方向において、各隅部１
５は側部１４よりも薄く形成されている。すなわち、隅
部１５の表面１５Ａは側部１４の表面１４Ａから一段凹
むようにして形成され、同様に、隅部１５の裏面１５Ｂ
は側部１４の裏面１４Ｂから一段凹むようにして形成さ
れている。そして、この一段凹んだ部分には多孔質金属
板１３が装着されており、隅部１５と、この隅部１５を
両側から挟み込む２つの多孔質金属板１３，１３とから
なる積層体の厚さが、側部１４の厚さと等しいか、多少
厚くなるようにされている。
所定長さの側部１４と、この側部１４の内側における略
円板状の４つの隅部１５，…，１５とを備えて構成され
ており、セパレータ１２の厚さ方向において、各隅部１
５は側部１４よりも薄く形成されている。すなわち、隅
部１５の表面１５Ａは側部１４の表面１４Ａから一段凹
むようにして形成され、同様に、隅部１５の裏面１５Ｂ
は側部１４の裏面１４Ｂから一段凹むようにして形成さ
れている。そして、この一段凹んだ部分には多孔質金属
板１３が装着されており、隅部１５と、この隅部１５を
両側から挟み込む２つの多孔質金属板１３，１３とから
なる積層体の厚さが、側部１４の厚さと等しいか、多少
厚くなるようにされている。
【００１３】セパレータ１２の側部１４には、側面１２
Ｃにて開口して燃料極側の内部を中心部に向かい伸びる
例えば１つの燃料ガス供給孔１６ａが設けられており、
さらに、側面１２Ｃにて開口して空気極側の内部を中心
部に向かい伸びる例えば１つの酸化剤ガス供給孔１６ｂ
が、セパレータ１２の周方向において燃料ガス供給孔１
６ａと１８０°ずれた位置に配置されている。これらの
各ガス供給孔１６ａ，１６ｂは、凹曲線状の４辺を含む
側部１４の４つの凹曲部１４ａ，…，１４ａのうち、対
向する一対の凹曲部１４ａ，１４ａのそれぞれに配設さ
れている。
Ｃにて開口して燃料極側の内部を中心部に向かい伸びる
例えば１つの燃料ガス供給孔１６ａが設けられており、
さらに、側面１２Ｃにて開口して空気極側の内部を中心
部に向かい伸びる例えば１つの酸化剤ガス供給孔１６ｂ
が、セパレータ１２の周方向において燃料ガス供給孔１
６ａと１８０°ずれた位置に配置されている。これらの
各ガス供給孔１６ａ，１６ｂは、凹曲線状の４辺を含む
側部１４の４つの凹曲部１４ａ，…，１４ａのうち、対
向する一対の凹曲部１４ａ，１４ａのそれぞれに配設さ
れている。
【００１４】図３に示すように、隅部１５の表面１５Ａ
上の中心位置には、底面１８Ａを有する凹部１８ａが設
けられ、この底面１８Ａは隅部１５の内部で表面１５Ａ
側にずれた位置に配置され、同様にして、隅部１５の裏
面１５Ｂ上の中心位置には、底面１８Ｂを有する凹部１
８ｂが設けられ、この底面１８Ｂは隅部１５の内部で裏
面１５Ｂ側にずれた位置に配置されている。すなわち、
表面１５Ａ側の凹部１８ａと裏面１５Ｂ側の凹部１８ｂ
は連通することがないようにされている。
上の中心位置には、底面１８Ａを有する凹部１８ａが設
けられ、この底面１８Ａは隅部１５の内部で表面１５Ａ
側にずれた位置に配置され、同様にして、隅部１５の裏
面１５Ｂ上の中心位置には、底面１８Ｂを有する凹部１
８ｂが設けられ、この底面１８Ｂは隅部１５の内部で裏
面１５Ｂ側にずれた位置に配置されている。すなわち、
表面１５Ａ側の凹部１８ａと裏面１５Ｂ側の凹部１８ｂ
は連通することがないようにされている。
【００１５】そして、４つの隅部１５，…，１５の各凹
部１８ａ，…，１８ａ及び１８ｂ，…，１８ｂは、セパ
レータ１２の中心位置から所定半径の円周上に所定角度
（例えば９０°）毎に等間隔に配置されており、例えば
図３に示すように、セパレータ１２の燃料極側の内部に
は、所定の円周上に配置された４個の凹部１８ａ，…，
１８ａを接続するようにして円環状燃料ガス用配管１９
ａが配設されている。同様にして、図４に示すように、
セパレータ１２の空気極側の内部には、所定の円周上に
配置された４個の凹部１８ｂ，…，１８ｂを接続するよ
うにして円環状酸化剤ガス用配管１９ｂが配設されてい
る。これにより、燃料ガス供給孔１６ａから供給された
燃料ガスは、先ず、円環状燃料ガス用配管１９ａ内を円
環状に流通させられ、この過程において各凹部１８ａ内
に導入される。
部１８ａ，…，１８ａ及び１８ｂ，…，１８ｂは、セパ
レータ１２の中心位置から所定半径の円周上に所定角度
（例えば９０°）毎に等間隔に配置されており、例えば
図３に示すように、セパレータ１２の燃料極側の内部に
は、所定の円周上に配置された４個の凹部１８ａ，…，
１８ａを接続するようにして円環状燃料ガス用配管１９
ａが配設されている。同様にして、図４に示すように、
セパレータ１２の空気極側の内部には、所定の円周上に
配置された４個の凹部１８ｂ，…，１８ｂを接続するよ
うにして円環状酸化剤ガス用配管１９ｂが配設されてい
る。これにより、燃料ガス供給孔１６ａから供給された
燃料ガスは、先ず、円環状燃料ガス用配管１９ａ内を円
環状に流通させられ、この過程において各凹部１８ａ内
に導入される。
【００１６】ここで、燃料極側の４個の凹部１８ａ，
…，１８ａ及び円環状燃料ガス用配管１９ａは、空気極
側の４個の凹部１８ｂ，…，１８ｂ及び円環状酸化剤ガ
ス用配管１９ｂと対向するようにして、セパレータ１２
の燃料極側と空気極側とで面対称に配置されている。た
だし、側部１４の燃料ガス供給孔１６ａ及び酸化剤ガス
供給孔１６ｂは、セパレータ１２の中心点に関して、互
いに点対称に配置されている。
…，１８ａ及び円環状燃料ガス用配管１９ａは、空気極
側の４個の凹部１８ｂ，…，１８ｂ及び円環状酸化剤ガ
ス用配管１９ｂと対向するようにして、セパレータ１２
の燃料極側と空気極側とで面対称に配置されている。た
だし、側部１４の燃料ガス供給孔１６ａ及び酸化剤ガス
供給孔１６ｂは、セパレータ１２の中心点に関して、互
いに点対称に配置されている。
【００１７】そして、図３に示すように、隅部１５の表
面１５Ａ上には、凹部１８ａから螺旋状に伸びる複数
（例えば各１６個）の燃料ガス用凹溝２１ａ，…，２１
ａが、隣り合う各凹溝２１ａ，２１ａ間に所定の間隔を
おいて形成されており、各燃料ガス用凹溝２１ａの一端
は凹部１８ａ内にて開口し、他端は凹部１８ａと同軸に
配置された円環状の燃料ガス用円環状凹溝２１ｂに接続
されている。なお、凹部１８ａ内にて、複数（例えば１
６個）の燃料ガス用凹溝２１ａ，…，２１ａの開口部
は、凹部１８ａの内壁面上に周方向に所定間隔をおいて
配置されている。また、燃料ガス用凹溝２１ａの底面２
１Ａは、隅部１５の内部の厚さ方向において円環状燃料
ガス用配管１９ａよりも表面１５Ａ側にずれた位置に配
置されている。さらに、燃料ガス用円環状凹溝２１ｂに
は複数（例えば６個）の燃料ガス排出口２２ａ，…，２
２ａが周方向に所定間隔を置いて設けられている。
面１５Ａ上には、凹部１８ａから螺旋状に伸びる複数
（例えば各１６個）の燃料ガス用凹溝２１ａ，…，２１
ａが、隣り合う各凹溝２１ａ，２１ａ間に所定の間隔を
おいて形成されており、各燃料ガス用凹溝２１ａの一端
は凹部１８ａ内にて開口し、他端は凹部１８ａと同軸に
配置された円環状の燃料ガス用円環状凹溝２１ｂに接続
されている。なお、凹部１８ａ内にて、複数（例えば１
６個）の燃料ガス用凹溝２１ａ，…，２１ａの開口部
は、凹部１８ａの内壁面上に周方向に所定間隔をおいて
配置されている。また、燃料ガス用凹溝２１ａの底面２
１Ａは、隅部１５の内部の厚さ方向において円環状燃料
ガス用配管１９ａよりも表面１５Ａ側にずれた位置に配
置されている。さらに、燃料ガス用円環状凹溝２１ｂに
は複数（例えば６個）の燃料ガス排出口２２ａ，…，２
２ａが周方向に所定間隔を置いて設けられている。
【００１８】同様にして、図４に示すように、隅部１５
の裏面１５Ｂ上には、凹部１８ｂから螺旋状に伸びる複
数（例えば各１６個）の酸化剤ガス用凹溝２１ｃ，…，
２１ｃが、隣り合う各凹溝２１ｃ，２１ｃ間に所定の間
隔をおいて形成されており、各酸化剤ガス用凹溝２１ｃ
の一端は凹部１８ｂ内にて開口し、他端は各凹部１８ｂ
と同軸に配置された円環状の酸化剤ガス用円環状凹溝２
１ｄに接続されている。そして、凹部１８ｂ内にて、複
数（例えば１６個）の酸化剤ガス用凹溝２１ｃ，…，２
１ｃの開口部は、凹部１８ｂの内壁面上に周方向に所定
間隔をおいて配置され、酸化剤ガス用凹溝２１ｂの底面
２１Ｂは、隅部１５の内部の厚さ方向において円環状酸
化剤ガス用配管１９ｂよりも浦面１５Ｂ側にずれた位置
に配置されている。さらに、酸化剤ガス用円環状凹溝２
１ｄには複数（例えば６個）の酸化剤ガス排出口２２
ｂ，…，２２ｂが周方向に所定間隔を置いて設けられて
いる。
の裏面１５Ｂ上には、凹部１８ｂから螺旋状に伸びる複
数（例えば各１６個）の酸化剤ガス用凹溝２１ｃ，…，
２１ｃが、隣り合う各凹溝２１ｃ，２１ｃ間に所定の間
隔をおいて形成されており、各酸化剤ガス用凹溝２１ｃ
の一端は凹部１８ｂ内にて開口し、他端は各凹部１８ｂ
と同軸に配置された円環状の酸化剤ガス用円環状凹溝２
１ｄに接続されている。そして、凹部１８ｂ内にて、複
数（例えば１６個）の酸化剤ガス用凹溝２１ｃ，…，２
１ｃの開口部は、凹部１８ｂの内壁面上に周方向に所定
間隔をおいて配置され、酸化剤ガス用凹溝２１ｂの底面
２１Ｂは、隅部１５の内部の厚さ方向において円環状酸
化剤ガス用配管１９ｂよりも浦面１５Ｂ側にずれた位置
に配置されている。さらに、酸化剤ガス用円環状凹溝２
１ｄには複数（例えば６個）の酸化剤ガス排出口２２
ｂ，…，２２ｂが周方向に所定間隔を置いて設けられて
いる。
【００１９】ここで、隅部１５の表面１５Ａ側の燃料ガ
ス用凹溝２１ａと、裏面１５Ｂ側の酸化剤ガス用凹溝２
１ｃとは、例えば互いに等しい形状に形成されて、互い
に等しい方向に渦を巻くようにされている。すなわち、
例えば図３及び図４に示すように、セパレータ１２の表
面１２Ａ側から見た燃料ガス用凹溝２１ａが、凹部１８
ａから時計回りに渦を巻きながら離間するように形成さ
れている場合には、セパレータ１２の裏面１２Ｂ側から
見た酸化剤ガス用凹溝２１ｃも、凹部１８ｂから時計回
りに渦を巻きながら離間するように形成されている。
ス用凹溝２１ａと、裏面１５Ｂ側の酸化剤ガス用凹溝２
１ｃとは、例えば互いに等しい形状に形成されて、互い
に等しい方向に渦を巻くようにされている。すなわち、
例えば図３及び図４に示すように、セパレータ１２の表
面１２Ａ側から見た燃料ガス用凹溝２１ａが、凹部１８
ａから時計回りに渦を巻きながら離間するように形成さ
れている場合には、セパレータ１２の裏面１２Ｂ側から
見た酸化剤ガス用凹溝２１ｃも、凹部１８ｂから時計回
りに渦を巻きながら離間するように形成されている。
【００２０】そして、隅部１５の表面１５Ａ及び裏面１
５Ｂのそれぞれに面接触するようにして、隅部１５と等
しい外径を有する円板状の多孔質金属板１３，１３が配
置されており、多孔質金属板１３の裏面１３Ｂと燃料ガ
ス用の各凹溝２１ａ，２１ｂとにより燃料ガス流通路が
画成され、多孔質金属板１３の裏面１３Ｂと酸化剤ガス
用の各凹溝２１ｃ，２１ｄとにより酸化剤ガス流通路が
画成されている。なお、多孔質金属板１３の厚さは、特
に限定されるものではないが、好ましくは各凹溝２１
ａ，２１ｂの深さの半分以下に設定されており、ここ
で、多孔質金属板１３の厚さが各凹溝２１ａ，２１ｂの
深さの半分よりも大きくなると、各凹溝２１ａ，…，２
１ｈ内を流れる燃料ガス又は酸化剤ガスの流量が低下し
て、発電出力が低下する恐れがある。また、固体電解質
板１１Ａの外径は、多孔質金属板１３の外径よりも大き
くなるように形成されており、セパレータ１２に配置さ
れた単セル１１の外周部近傍が、セパレータ１２の側部
１４に、セパレータ１２と単セル群を交互に積層した積
層体の両側より加圧保持した時に、面接触することで、
単セル１１とセパレータ１２の隅部１５との間に気密な
閉空間を形成している。
５Ｂのそれぞれに面接触するようにして、隅部１５と等
しい外径を有する円板状の多孔質金属板１３，１３が配
置されており、多孔質金属板１３の裏面１３Ｂと燃料ガ
ス用の各凹溝２１ａ，２１ｂとにより燃料ガス流通路が
画成され、多孔質金属板１３の裏面１３Ｂと酸化剤ガス
用の各凹溝２１ｃ，２１ｄとにより酸化剤ガス流通路が
画成されている。なお、多孔質金属板１３の厚さは、特
に限定されるものではないが、好ましくは各凹溝２１
ａ，２１ｂの深さの半分以下に設定されており、ここ
で、多孔質金属板１３の厚さが各凹溝２１ａ，２１ｂの
深さの半分よりも大きくなると、各凹溝２１ａ，…，２
１ｈ内を流れる燃料ガス又は酸化剤ガスの流量が低下し
て、発電出力が低下する恐れがある。また、固体電解質
板１１Ａの外径は、多孔質金属板１３の外径よりも大き
くなるように形成されており、セパレータ１２に配置さ
れた単セル１１の外周部近傍が、セパレータ１２の側部
１４に、セパレータ１２と単セル群を交互に積層した積
層体の両側より加圧保持した時に、面接触することで、
単セル１１とセパレータ１２の隅部１５との間に気密な
閉空間を形成している。
【００２１】なお、燃料ガス用凹溝２１ａ及び酸化剤ガ
ス用凹溝２１ｂの溝幅Ｌ及び深さＤは、特に限定される
ものではないが、溝の深さＤは、セパレータ１２内での
燃料ガス及び酸化剤ガスの内圧を所定値に維持するよう
に設定され、溝幅Ｌは、好ましくは、セパレータ１２の
表面上での各凹溝２１ａ，２１ｂの各底面２１Ａ，２１
Ｂの総面積と隅部１５の表面１５Ａの面積が等しくな
り、各凹溝２１ｃ，２１ｄの各底面２１Ｃ，２１Ｄの総
面積と裏面１５Ｂの面積とが等しくなるように設定され
る。ここで、溝幅Ｌが、隅部１５の表面１５Ａの面積よ
りも各凹溝２１ａ，２１ｂの各底面２１Ａ，２１Ｂの総
面積が小さくなるように、或いは、裏面１５Ｂの面積よ
りも各凹溝２１ｃ，２１ｄの各底面２１Ｃ，２１Ｄの総
面積が小さくなるように設定されると、固体電解質板１
１Ａを有効利用することができなくなり、逆に、各底面
２１Ａ，２１Ｂの総面積或いは各底面２１Ｃ，２１Ｄの
総面積が大きくなるように設定されると、集電効率が低
下するという問題が生じる。
ス用凹溝２１ｂの溝幅Ｌ及び深さＤは、特に限定される
ものではないが、溝の深さＤは、セパレータ１２内での
燃料ガス及び酸化剤ガスの内圧を所定値に維持するよう
に設定され、溝幅Ｌは、好ましくは、セパレータ１２の
表面上での各凹溝２１ａ，２１ｂの各底面２１Ａ，２１
Ｂの総面積と隅部１５の表面１５Ａの面積が等しくな
り、各凹溝２１ｃ，２１ｄの各底面２１Ｃ，２１Ｄの総
面積と裏面１５Ｂの面積とが等しくなるように設定され
る。ここで、溝幅Ｌが、隅部１５の表面１５Ａの面積よ
りも各凹溝２１ａ，２１ｂの各底面２１Ａ，２１Ｂの総
面積が小さくなるように、或いは、裏面１５Ｂの面積よ
りも各凹溝２１ｃ，２１ｄの各底面２１Ｃ，２１Ｄの総
面積が小さくなるように設定されると、固体電解質板１
１Ａを有効利用することができなくなり、逆に、各底面
２１Ａ，２１Ｂの総面積或いは各底面２１Ｃ，２１Ｄの
総面積が大きくなるように設定されると、集電効率が低
下するという問題が生じる。
【００２２】例えば、各隅部１５に配置される各固体電
解質板１１Ａの直径を約１００ｍｍとした場合に、溝幅
Ｌを１ｍｍ、溝の深さＤを１ｍｍとして、各１６個の螺
旋状の燃料ガス用凹溝２１ａ，…，２１ａ及び酸化剤ガ
ス用凹溝２１ｃ，…，２１ｃを形成すると、燃料ガス及
び酸化剤ガスはセパレータ１２内を約１周半だけ周回し
て、各排出口２２ａ，２２ｂから排出される。
解質板１１Ａの直径を約１００ｍｍとした場合に、溝幅
Ｌを１ｍｍ、溝の深さＤを１ｍｍとして、各１６個の螺
旋状の燃料ガス用凹溝２１ａ，…，２１ａ及び酸化剤ガ
ス用凹溝２１ｃ，…，２１ｃを形成すると、燃料ガス及
び酸化剤ガスはセパレータ１２内を約１周半だけ周回し
て、各排出口２２ａ，２２ｂから排出される。
【００２３】そして、セパレータ１２の４つの隅部１
５，…，１５に配置された単セル１１，…，１１は互い
に電気的に並列状態に接続されており、これら４つの単
セル１１，…，１１を一組の単セル群として、複数組の
単セル群がセパレータ１２，…，１２を介して交互に積
層された場合には、単セル群を互いに電気的に直列状態
に接続されている。
５，…，１５に配置された単セル１１，…，１１は互い
に電気的に並列状態に接続されており、これら４つの単
セル１１，…，１１を一組の単セル群として、複数組の
単セル群がセパレータ１２，…，１２を介して交互に積
層された場合には、単セル群を互いに電気的に直列状態
に接続されている。
【００２４】本実施の形態による固体電解質型燃料電池
１０は上記構成を備えており、次に、この固体電解質型
燃料電池１０の動作について説明する。先ず、セパレー
タ１２の側部１４に設けられた燃料ガス供給孔１６ａか
ら供給された水素を含む燃料ガスは、円環状燃料ガス用
配管１９ａ内を円環状に流通させられると共に、所定の
円周上に配置された各凹部１８ａ内へと供給される。そ
して、各凹部１８ａに供給された燃料ガスは螺旋状の１
６個の燃料ガス用凹溝２１ａ，…，２１ａに分配され
る。
１０は上記構成を備えており、次に、この固体電解質型
燃料電池１０の動作について説明する。先ず、セパレー
タ１２の側部１４に設けられた燃料ガス供給孔１６ａか
ら供給された水素を含む燃料ガスは、円環状燃料ガス用
配管１９ａ内を円環状に流通させられると共に、所定の
円周上に配置された各凹部１８ａ内へと供給される。そ
して、各凹部１８ａに供給された燃料ガスは螺旋状の１
６個の燃料ガス用凹溝２１ａ，…，２１ａに分配され
る。
【００２５】一方、セパレータ１２の側部１４に設けら
れた酸化剤ガス供給孔１６ｂから供給された酸素を含む
酸化剤ガスは、円環状酸化剤ガス用配管１９ｂ内を円環
状に流通させられると共に、所定の円周上に配置された
各凹部１８ｂ内へと供給される。そして、各凹部１８ｂ
に供給された酸化剤ガスは螺旋状の１６個の酸化剤ガス
用凹溝２１ｃ，…，２１ｃに分配される。ここで、酸化
剤ガスに含まれる酸素は、酸素イオンの形態で固体電解
質板１１Ａの内部を正極１１Ｂ側から負極１１Ｃ側へと
移動して、負極１１Ｃ側において燃料ガスに含まれる水
素ガスと化学反応する。この化学反応に伴う発熱により
固体電解質型燃料電池１０が内部から加温されると共
に、正極１１Ｂと負極１１Ｃ間に電位差が生じる。
れた酸化剤ガス供給孔１６ｂから供給された酸素を含む
酸化剤ガスは、円環状酸化剤ガス用配管１９ｂ内を円環
状に流通させられると共に、所定の円周上に配置された
各凹部１８ｂ内へと供給される。そして、各凹部１８ｂ
に供給された酸化剤ガスは螺旋状の１６個の酸化剤ガス
用凹溝２１ｃ，…，２１ｃに分配される。ここで、酸化
剤ガスに含まれる酸素は、酸素イオンの形態で固体電解
質板１１Ａの内部を正極１１Ｂ側から負極１１Ｃ側へと
移動して、負極１１Ｃ側において燃料ガスに含まれる水
素ガスと化学反応する。この化学反応に伴う発熱により
固体電解質型燃料電池１０が内部から加温されると共
に、正極１１Ｂと負極１１Ｃ間に電位差が生じる。
【００２６】そして、セパレータ１２の表面１２Ａ側で
は、未反応の燃料ガスと化学反応により発生した水蒸気
が燃料ガス排出口２２ａから排出され、セパレータ１２
の裏面１２Ｂ側では未反応の酸化剤ガスが、酸化剤ガス
排出口２２ｂから排出される。両排出口２２ａ，２２ｂ
から排出された燃料ガスと酸化剤ガスは、例えば各隅部
１５の外側で混合されて、化学反応に伴う発熱により固
体電解質型燃料電池１０が加温される。
は、未反応の燃料ガスと化学反応により発生した水蒸気
が燃料ガス排出口２２ａから排出され、セパレータ１２
の裏面１２Ｂ側では未反応の酸化剤ガスが、酸化剤ガス
排出口２２ｂから排出される。両排出口２２ａ，２２ｂ
から排出された燃料ガスと酸化剤ガスは、例えば各隅部
１５の外側で混合されて、化学反応に伴う発熱により固
体電解質型燃料電池１０が加温される。
【００２７】上述したように、本実施の形態による固体
電解質型燃料電池１０によれば、１つのセパレータ１２
に複数の単セル１１，…，１１を配置させているため、
例えば１つのセパレータ１２に１つの単セル１１を配置
させて得た複数の積層体によって固体電解質型燃料電池
１０を構成する場合に比べて、燃料ガス及び酸化剤ガス
を供給するための配管を削減することができ、固体電解
質型燃料電池１０を小型化することで単位体積当たりの
発電出力を向上させることができる。この場合、例えば
同一のセパレータ１２に配置された複数の単セル１１，
…，１１のうちの１つの単セル１１が破損した場合であ
っても、正常な他の単セル１１，…，１１からの出力を
取り出すことができるため、大型の単セルからなる固体
電解質型燃料電池に比べて極端な出力低下が発生するこ
とを防止することができる。
電解質型燃料電池１０によれば、１つのセパレータ１２
に複数の単セル１１，…，１１を配置させているため、
例えば１つのセパレータ１２に１つの単セル１１を配置
させて得た複数の積層体によって固体電解質型燃料電池
１０を構成する場合に比べて、燃料ガス及び酸化剤ガス
を供給するための配管を削減することができ、固体電解
質型燃料電池１０を小型化することで単位体積当たりの
発電出力を向上させることができる。この場合、例えば
同一のセパレータ１２に配置された複数の単セル１１，
…，１１のうちの１つの単セル１１が破損した場合であ
っても、正常な他の単セル１１，…，１１からの出力を
取り出すことができるため、大型の単セルからなる固体
電解質型燃料電池に比べて極端な出力低下が発生するこ
とを防止することができる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
本発明の固体電解質型燃料電池によれば、例えば１つの
セパレータに１つの単セルを配置させ、複数枚積層させ
た積層体によって固体電解質型燃料電池を構成する場合
に比べて、反応ガスの供給用配管を削減することがで
き、固体電解質型燃料電池を小型化することで単位体積
当たりの発電出力を向上させることができる。さらに、
請求項２に記載の本発明の固体電解質型燃料電池によれ
ば、セパレータ１つ当たりの発電出力（電流値）を増大
させることができる。さらに、請求項３に記載の本発明
の固体電解質型燃料電池によれば、例えば１つの単セル
が破損した場合であっても、正常な他の単セルからの出
力を取り出すことができるため、大型の単セルに比べて
極端な出力低下が発生することを防止することができ
る。さらに、請求項４に記載の本発明の固体電解質型燃
料電池によれば、セパレータの燃料極側と空気極側とで
反応ガスの圧力差に起因する内圧が発生した場合であっ
ても、固体電解質が変形したり、破損してしまうことを
防止することができる。
本発明の固体電解質型燃料電池によれば、例えば１つの
セパレータに１つの単セルを配置させ、複数枚積層させ
た積層体によって固体電解質型燃料電池を構成する場合
に比べて、反応ガスの供給用配管を削減することがで
き、固体電解質型燃料電池を小型化することで単位体積
当たりの発電出力を向上させることができる。さらに、
請求項２に記載の本発明の固体電解質型燃料電池によれ
ば、セパレータ１つ当たりの発電出力（電流値）を増大
させることができる。さらに、請求項３に記載の本発明
の固体電解質型燃料電池によれば、例えば１つの単セル
が破損した場合であっても、正常な他の単セルからの出
力を取り出すことができるため、大型の単セルに比べて
極端な出力低下が発生することを防止することができ
る。さらに、請求項４に記載の本発明の固体電解質型燃
料電池によれば、セパレータの燃料極側と空気極側とで
反応ガスの圧力差に起因する内圧が発生した場合であっ
ても、固体電解質が変形したり、破損してしまうことを
防止することができる。
【図１】 本発明の一実施形態に係る固体電解質型燃料
電池の要部側断面図である。
電池の要部側断面図である。
【図２】 図１に示すセパレータの側面図である。
【図３】 図２に示すセパレータの燃料極側の平面図で
ある。
ある。
【図４】 図２に示すセパレータの空気極側の平面図で
あって内部における反応ガスの流路を強調して示す図で
ある。
あって内部における反応ガスの流路を強調して示す図で
ある。
【図５】 図３に示すセパレータのＡ−Ａ線断面図であ
る。
る。
【図６】 従来技術の一例による固体電解質型燃料電池
の要部斜視図である。
の要部斜視図である。
１０ 固体電解質型燃料電池 １１ 単セル １１Ａ 固体電解質板（固体電解質） １２ セパレータ １８ａ，１８ｂ 凹部（反応ガス供給穴） １９ａ 円環状燃料ガス用配管（反応ガス流通用配管） １９ｂ 円環状酸化剤ガス用配管（反応ガス流通用配
管） ２１ａ 燃料ガス用凹溝（反応ガス流通用凹溝） ２１ｃ 酸化剤ガス用凹溝（反応ガス流通用凹溝）
管） ２１ａ 燃料ガス用凹溝（反応ガス流通用凹溝） ２１ｃ 酸化剤ガス用凹溝（反応ガス流通用凹溝）
Claims (4)
- 【請求項１】 正極及び負極により挟み込まれた固体電
解質からなる複数の単セルと、これらの複数の単セルの
前記正極側及び前記負極側に積層されたセパレータとを
備えた固体電解質型燃料電池であって、 前記セパレータの表面上に設けられた複数の反応ガス供
給穴と、前記セパレータの内部に設けられて前記セパレ
ータ側部の開口部と前記反応ガス供給穴とを接続する反
応ガス流通用配管と、前記複数の単セル毎に設けられて
前記単セルに対向する前記セパレータの表面上で前記反
応ガス供給穴を中心として渦を巻く略螺旋状の反応ガス
流通用凹溝とを備えたことを特徴とする固体電解質型燃
料電池。 - 【請求項２】 同一の前記セパレータに配置された前記
複数の単セルは、互いに電気的に並列に接続されたこと
を特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池。 - 【請求項３】 同一の前記セパレータに配置されて互い
に電気的に並列に接続された前記複数の単セルを一組の
単セル群として、複数の前記セパレータと交互に積層さ
れた複数の前記単セル群は互いに電気的に直列に接続さ
れたことを特徴とする請求項２に記載の固体電解質型燃
料電池。 - 【請求項４】 前記セパレータは対向する２つの表面上
に前記反応ガス流通用凹溝を備え、 一方の前記表面上の前記反応ガス流通用凹溝と、他方の
前記表面上の前記反応ガス流通用凹溝とは、両表面側か
ら見て互いに同一形状に形成されたことを特徴とする請
求項１から請求項３の何れかに記載の固体電解質型燃料
電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000193249A JP2002008683A (ja) | 2000-06-27 | 2000-06-27 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000193249A JP2002008683A (ja) | 2000-06-27 | 2000-06-27 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002008683A true JP2002008683A (ja) | 2002-01-11 |
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ID=18692278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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-
2000
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