JP3048689B2 - 固体電解質型燃料電池モジュールの構造 - Google Patents
固体電解質型燃料電池モジュールの構造Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、固体電解質を使用し
た燃料電池に関し、特に筒状をなす複数の単セルを組合
わせたモジュールの構造に関するものである。
た燃料電池に関し、特に筒状をなす複数の単セルを組合
わせたモジュールの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、イットリア安
定化ジルコニア（ＹＳＺ）やカルシア安定化ジルコニア
（ＣＳＺ）などの固体電解質を挟んで、例えばペロブス
カイト型ランタン系複合酸化物からなる空気電極（陽
極）とニッケルなどを主体とする燃料電極（陰極）とを
設け、固体電解質を介した燃料ガスと空気との酸化還元
反応により起電力を得るものである。この種の燃料電池
では燃料ガス流路と空気流路とを気密状態に分ける必要
があるので、固体電解質を筒状に形成し、その内周面お
よび外周面に前記各電極を設けることが好ましい。また
単セルで得られる電力が少ないので、従来では複数の単
セルを直並列に接続してモジュールを構成し、これを更
に複数使用して所要の電力を得ている。
定化ジルコニア（ＹＳＺ）やカルシア安定化ジルコニア
（ＣＳＺ）などの固体電解質を挟んで、例えばペロブス
カイト型ランタン系複合酸化物からなる空気電極（陽
極）とニッケルなどを主体とする燃料電極（陰極）とを
設け、固体電解質を介した燃料ガスと空気との酸化還元
反応により起電力を得るものである。この種の燃料電池
では燃料ガス流路と空気流路とを気密状態に分ける必要
があるので、固体電解質を筒状に形成し、その内周面お
よび外周面に前記各電極を設けることが好ましい。また
単セルで得られる電力が少ないので、従来では複数の単
セルを直並列に接続してモジュールを構成し、これを更
に複数使用して所要の電力を得ている。
【０００３】図３は６本の円筒型単セル１によって構成
したモジュールの断面図であって、ここに示す各単セル
１は、円筒型の固体電解質２の内周面に空気電極３を形
成するとともに、固体電解質２の外周面に一部切欠いた
状態に燃料電極４を形成し、さらに空気電極３に導通し
たインターコネクター５を、燃料電極４を切欠いてある
部分に突設した構造である。これらの単セル１は、陽極
側集電子６の外周に互いに密着して配置され、各々のイ
ンターコネクター５を陽極側集電子６の外周面に設けた
導電性フェルト７に電気的な導通状態に接触させてい
る。さらにこれらの全体は、円筒状の陰極側集電子８に
収容されており、各単セル１の燃料電極４が陰極側集電
子８の内周面に設けた導電性フェルト９に電気的な導通
状態に接触している。そして各単セル１の中心部が空気
流路１０となり、また各単セル１の外周部が水素ガス等
の燃料ガス流路１１となっている。
したモジュールの断面図であって、ここに示す各単セル
１は、円筒型の固体電解質２の内周面に空気電極３を形
成するとともに、固体電解質２の外周面に一部切欠いた
状態に燃料電極４を形成し、さらに空気電極３に導通し
たインターコネクター５を、燃料電極４を切欠いてある
部分に突設した構造である。これらの単セル１は、陽極
側集電子６の外周に互いに密着して配置され、各々のイ
ンターコネクター５を陽極側集電子６の外周面に設けた
導電性フェルト７に電気的な導通状態に接触させてい
る。さらにこれらの全体は、円筒状の陰極側集電子８に
収容されており、各単セル１の燃料電極４が陰極側集電
子８の内周面に設けた導電性フェルト９に電気的な導通
状態に接触している。そして各単セル１の中心部が空気
流路１０となり、また各単セル１の外周部が水素ガス等
の燃料ガス流路１１となっている。
【０００４】また図４に示すモジュールは、１対の集電
板１２，１３の間に９本の単セル１を３列３行のマトリ
ックス状に配列して構成したものであり、図４の縦方向
に並ぶ各列の単セル１は、そのインターコネクター５を
隣接する単セル１の燃料電極４の外周面に導電性フェル
ト１４を介して電気的に接続しており、さらに図４の横
方向に並ぶ各行の単セル１は燃料電極４同士を導電性フ
ェルト１４を介して電気的に接続している。
板１２，１３の間に９本の単セル１を３列３行のマトリ
ックス状に配列して構成したものであり、図４の縦方向
に並ぶ各列の単セル１は、そのインターコネクター５を
隣接する単セル１の燃料電極４の外周面に導電性フェル
ト１４を介して電気的に接続しており、さらに図４の横
方向に並ぶ各行の単セル１は燃料電極４同士を導電性フ
ェルト１４を介して電気的に接続している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって図３に示す
モジュールでは、各流路１０，１１に空気や燃料ガスを
流すことにより各集電子６，８から電力を取出すことが
でき、また図４に示すモジュールにおいても、各単セル
１の内外周側に空気や燃料ガスを流すことにより、図４
の上側の集電板１２を陽極、下側の集電板１３を陰極と
して電力を得ることができる。このようにして得られる
出力は、各単セル１の出力の総和であるが、各単セル１
は温度や固体電解質２の表面への空気や燃料ガスの供給
状態、固体電解質２の劣化度合いなどによって発電効率
が異なるので、各モジュールの出力を高めるには単セル
１ごとに管理する必要がある。しかしながら上述した従
来のモジュールでは、全体としての出力しか知ることが
できないので、いずれかの単セルの発電効率が悪い場合
であっても、各単セルに均等に空気や燃料ガスを流すこ
とになるため、エネルギー効率が悪くなることがあり、
またいずれかの単セルの発電効率が悪いことによってモ
ジュールの全体としての出力が低下した場合、モジュー
ル全体を交換せざるを得ず、メンテナンスコストが高く
なるなどの不都合がある。
モジュールでは、各流路１０，１１に空気や燃料ガスを
流すことにより各集電子６，８から電力を取出すことが
でき、また図４に示すモジュールにおいても、各単セル
１の内外周側に空気や燃料ガスを流すことにより、図４
の上側の集電板１２を陽極、下側の集電板１３を陰極と
して電力を得ることができる。このようにして得られる
出力は、各単セル１の出力の総和であるが、各単セル１
は温度や固体電解質２の表面への空気や燃料ガスの供給
状態、固体電解質２の劣化度合いなどによって発電効率
が異なるので、各モジュールの出力を高めるには単セル
１ごとに管理する必要がある。しかしながら上述した従
来のモジュールでは、全体としての出力しか知ることが
できないので、いずれかの単セルの発電効率が悪い場合
であっても、各単セルに均等に空気や燃料ガスを流すこ
とになるため、エネルギー効率が悪くなることがあり、
またいずれかの単セルの発電効率が悪いことによってモ
ジュールの全体としての出力が低下した場合、モジュー
ル全体を交換せざるを得ず、メンテナンスコストが高く
なるなどの不都合がある。
【０００６】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、モジュールを構成している各単セルの出力状況を
知ることのできる燃料電池モジュールの構造を提供する
ことを目的とするものである。
ので、モジュールを構成している各単セルの出力状況を
知ることのできる燃料電池モジュールの構造を提供する
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】この発明は、上記の目的
を達成するために、筒状をなす固体電解質の内周面に空
気電極と燃料電極とのいずれか一方が形成されるととも
に、他方の電極が前記固体電解質の外周面に形成され、
かつ内周側の電極には導通し外周側の電極には導通して
いないインターコネクターが半径方向で外周側に突出さ
せて設けられた複数の単セルからなる固体電解質型燃料
電池モジュールの構造において、各単セルごとに、イン
ターコネクターもしくは外周側の電極のみに導通した集
電体を設けるとともに、その集電体を複数の単セルに共
通の絶縁性保持体に接触させ、かつ各集電体を各単セル
の軸線方向の一端側に電気的に接続可能に引き出してな
ることを特徴とするものである。
を達成するために、筒状をなす固体電解質の内周面に空
気電極と燃料電極とのいずれか一方が形成されるととも
に、他方の電極が前記固体電解質の外周面に形成され、
かつ内周側の電極には導通し外周側の電極には導通して
いないインターコネクターが半径方向で外周側に突出さ
せて設けられた複数の単セルからなる固体電解質型燃料
電池モジュールの構造において、各単セルごとに、イン
ターコネクターもしくは外周側の電極のみに導通した集
電体を設けるとともに、その集電体を複数の単セルに共
通の絶縁性保持体に接触させ、かつ各集電体を各単セル
の軸線方向の一端側に電気的に接続可能に引き出してな
ることを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】この発明のモジュールを構成する単セルは、そ
の中心部に空気および燃料ガスの一方を流し、かつ外周
側に他方を流すことにより、固体電解質を介して酸化還
元反応が生じ、起電力を生じる。各単セルの一方の電極
は、それぞれに対応させて個別に設けた集電体に導通
し、かつそれらの集電体は絶縁性保持体に接触して保持
されている。したがって各集電体が各単セルに対応して
いるから、それらの集電体を介して単セルごとに電力を
取出すことができ、こうすることにより単セルの動作状
況を知ることができる。なお、各集電体を単セルの一端
部側でまとめれば、モジュール全体としての一方の電極
となる。
の中心部に空気および燃料ガスの一方を流し、かつ外周
側に他方を流すことにより、固体電解質を介して酸化還
元反応が生じ、起電力を生じる。各単セルの一方の電極
は、それぞれに対応させて個別に設けた集電体に導通
し、かつそれらの集電体は絶縁性保持体に接触して保持
されている。したがって各集電体が各単セルに対応して
いるから、それらの集電体を介して単セルごとに電力を
取出すことができ、こうすることにより単セルの動作状
況を知ることができる。なお、各集電体を単セルの一端
部側でまとめれば、モジュール全体としての一方の電極
となる。
【０００９】
【実施例】つぎにこの発明の一実施例を説明すると、図
１はこの発明の一実施例を示す断面図であって、ここに
示す燃料電池モジュール２０は、６本の単セル２１によ
って構成されている。その単セル２１は従来の単セルと
ほぼ同様な構造であって、その断面形状を示せば図２の
とおりである。すなわちカルシア安定化ジルコニア（Ｃ
ＳＺ）やアルミナ（Ａｌ2 ０3 ）などを素材とした多孔
質管である支持管２２の外周面全体に空気電極２３が形
成されるとともに、その外周に一部切欠いた状態に固体
電解質２４が形成されており、さらにその外周に一部切
欠いた状態に燃料電極２５が形成されている。そして固
体電解質２４の一部切欠いた部分にその両端部に跨がる
ようにインターコネクター２６が形成されている。
１はこの発明の一実施例を示す断面図であって、ここに
示す燃料電池モジュール２０は、６本の単セル２１によ
って構成されている。その単セル２１は従来の単セルと
ほぼ同様な構造であって、その断面形状を示せば図２の
とおりである。すなわちカルシア安定化ジルコニア（Ｃ
ＳＺ）やアルミナ（Ａｌ2 ０3 ）などを素材とした多孔
質管である支持管２２の外周面全体に空気電極２３が形
成されるとともに、その外周に一部切欠いた状態に固体
電解質２４が形成されており、さらにその外周に一部切
欠いた状態に燃料電極２５が形成されている。そして固
体電解質２４の一部切欠いた部分にその両端部に跨がる
ようにインターコネクター２６が形成されている。
【００１０】上記６本の単セル２１は、それぞれのイン
ターコネクター２６が中心側を向くようにして中心側支
持管２７の周囲に互いに密着して配置されている。この
中心側支持管２７は絶縁性のものであって、例えばアル
ミナを素材とするものであり、その外周面には単セル２
１と同数の突条が軸線方向に沿って形成されるとともに
各突条の間に、ニッケル（Ｎｉ）フェルトおよびＮｉ棒
からなる集電体２８が配置されており、各インターコネ
クター２６は各々に対応する集電体２８に電気的な導通
状態に接触している。各集電体２８は、単セル２１の軸
線方向の一端側にまで延びていてリード線等（図示せ
ず）を接続できるようになっている。
ターコネクター２６が中心側を向くようにして中心側支
持管２７の周囲に互いに密着して配置されている。この
中心側支持管２７は絶縁性のものであって、例えばアル
ミナを素材とするものであり、その外周面には単セル２
１と同数の突条が軸線方向に沿って形成されるとともに
各突条の間に、ニッケル（Ｎｉ）フェルトおよびＮｉ棒
からなる集電体２８が配置されており、各インターコネ
クター２６は各々に対応する集電体２８に電気的な導通
状態に接触している。各集電体２８は、単セル２１の軸
線方向の一端側にまで延びていてリード線等（図示せ
ず）を接続できるようになっている。
【００１１】上述のように中心側支持管２７の周囲に等
配された６本の単セル２１は、その状態で導電性パイプ
２９の内部に収容されている。この導電性パイプ２９は
例えばＮｉもしくはＮｉとＺｒＯ2 とからなるものであ
って、各単セル２１の燃料電極２５がＮｉフェルト３０
を介して導電性パイプ２９の内周側に電気的に接続され
ている。
配された６本の単セル２１は、その状態で導電性パイプ
２９の内部に収容されている。この導電性パイプ２９は
例えばＮｉもしくはＮｉとＺｒＯ2 とからなるものであ
って、各単セル２１の燃料電極２５がＮｉフェルト３０
を介して導電性パイプ２９の内周側に電気的に接続され
ている。
【００１２】そして各単セル２１の中心部が空気流路３
１となり、また各単セル２１の外周側の空洞部分が、水
素ガスなどの燃料ガス流路３２となっている。したがっ
て図１に示すモジュール２０は、各集電体２８を陽極と
し、かつ導電性パイプ２９を陰極として動作する。
１となり、また各単セル２１の外周側の空洞部分が、水
素ガスなどの燃料ガス流路３２となっている。したがっ
て図１に示すモジュール２０は、各集電体２８を陽極と
し、かつ導電性パイプ２９を陰極として動作する。
【００１３】すなわち空気流路３１に空気を流し、かつ
燃料ガス流路３２に例えば水素ガスを流せば、固体電解
質２４を介して酸化還元反応が生じる。その場合、酸素
イオンは固体電解質２４を空気電極２３側から燃料電極
２５側に移動するから、各単セル２１では空気電極２３
が陽極、燃料電極２５が陰極となり、したがってモジュ
ール２０の全体としては、各集電体２８が陽極で、導電
性パイプ２９が陰極となる。そしてこの陽極となる集電
体２８は、各単セル２１ごとに独立しているから、集電
体２８を１つにまとめれば、モジュール２０における陽
極となる一方、各集電体２８を１つづつに分けておけば
各単セル２１ごとに出力させることができる。換言すれ
ば、図１に示すモジュールでは、各単セル２１ごとの起
電力を知ることができ、その測定結果に基づいて単セル
２１ごとの空気供給量を調整することによってエネルギ
ー効率を高くでき、また単セル２１ごとに良否を判定す
ることができる。
燃料ガス流路３２に例えば水素ガスを流せば、固体電解
質２４を介して酸化還元反応が生じる。その場合、酸素
イオンは固体電解質２４を空気電極２３側から燃料電極
２５側に移動するから、各単セル２１では空気電極２３
が陽極、燃料電極２５が陰極となり、したがってモジュ
ール２０の全体としては、各集電体２８が陽極で、導電
性パイプ２９が陰極となる。そしてこの陽極となる集電
体２８は、各単セル２１ごとに独立しているから、集電
体２８を１つにまとめれば、モジュール２０における陽
極となる一方、各集電体２８を１つづつに分けておけば
各単セル２１ごとに出力させることができる。換言すれ
ば、図１に示すモジュールでは、各単セル２１ごとの起
電力を知ることができ、その測定結果に基づいて単セル
２１ごとの空気供給量を調整することによってエネルギ
ー効率を高くでき、また単セル２１ごとに良否を判定す
ることができる。
【００１４】なお、上述した実施例では、インターコネ
クター２６に導通させた集電体２８を設けたが、この発
明は上記の実施例に限られるものではなく、燃料電極２
５に対しても各単セルごとに独立した集電体を設けても
よい。またこの発明は円筒型のモジュールに限らず、単
セルをマトリックス状に配列したモジュールにも適用す
ることができる。
クター２６に導通させた集電体２８を設けたが、この発
明は上記の実施例に限られるものではなく、燃料電極２
５に対しても各単セルごとに独立した集電体を設けても
よい。またこの発明は円筒型のモジュールに限らず、単
セルをマトリックス状に配列したモジュールにも適用す
ることができる。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
モジュールを構成している単セルごとの起電力や動作状
況を知ることができるので、空気供給量や交換時期の管
理などを単セルごとに行うことができ、その結果、効率
の良い発電を行い、また管理維持コストの低廉化を図る
ことができる。
モジュールを構成している単セルごとの起電力や動作状
況を知ることができるので、空気供給量や交換時期の管
理などを単セルごとに行うことができ、その結果、効率
の良い発電を行い、また管理維持コストの低廉化を図る
ことができる。
【図１】 この発明の一実施例を示す断面図。
【図２】 その単セルの断面図。
【図３】 従来の円筒型モジュールの断面図。
【図４】 単セルをマトリックス状に配列した従来のモ
ジュールの断面図。
ジュールの断面図。
２０…モジュール、 ２１…単セル、 ２３…空気電
極、２４…固体電解質、 ２５…燃料電極、 ２６…イ
ンターコネクター、２７…中心側支持管、 ２８…集電
体。
極、２４…固体電解質、 ２５…燃料電極、 ２６…イ
ンターコネクター、２７…中心側支持管、 ２８…集電
体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 武憲 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉 電線株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−312165（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−259462（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (1)
- 【請求項１】 筒状をなす固体電解質の内周面に空気電
極と燃料電極とのいずれか一方が形成されるとともに、
他方の電極が前記固体電解質の外周面に形成され、かつ
内周側の電極には導通し外周側の電極には導通していな
いインターコネクターを半径方向で外周側に突出させて
設けた複数の単セルからなる固体電解質型燃料電池モジ
ュールの構造において、 各単セルごとに、インターコネクターもしくは外周側の
電極のみに導通した集電体を設けるとともに、その集電
体を複数の単セルに共通の絶縁性保持体に接触させ、か
つ各集電体を各単セルの軸線方向の一端側に電気的に接
続可能に引き出してなることを特徴とする固体電解質型
燃料電池モジュールの構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3194897A JP3048689B2 (ja) | 1991-07-09 | 1991-07-09 | 固体電解質型燃料電池モジュールの構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3194897A JP3048689B2 (ja) | 1991-07-09 | 1991-07-09 | 固体電解質型燃料電池モジュールの構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0521085A JPH0521085A (ja) | 1993-01-29 |
| JP3048689B2 true JP3048689B2 (ja) | 2000-06-05 |
Family
ID=16332150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3194897A Expired - Fee Related JP3048689B2 (ja) | 1991-07-09 | 1991-07-09 | 固体電解質型燃料電池モジュールの構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3048689B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19909930B4 (de) * | 1999-03-06 | 2004-09-02 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Herstellung von tubulären PEM-Brennstoffzellen und Ionentauschermembranen |
| JP3690345B2 (ja) * | 2001-12-26 | 2005-08-31 | 日産自動車株式会社 | 車両用配電システム |
| JP4802458B2 (ja) * | 2004-06-11 | 2011-10-26 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池 |
-
1991
- 1991-07-09 JP JP3194897A patent/JP3048689B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0521085A (ja) | 1993-01-29 |
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