JPH0349160A

JPH0349160A - 積層式燃料電池

Info

Publication number: JPH0349160A
Application number: JP1198424A
Authority: JP
Inventors: Kenji Isobe; 磯部　賢司; Hiroyuki Takahashi; 浩之高橋; Michio Hori; 美知郎堀; Hiroyasu Yoshizawa; 吉沢　弘泰; Mitsuo Noguchi; 野口　満雄; Kazuo Ogawa; 和夫小川; Toshio Maeda; 敏雄前田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-28
Filing date: 1989-07-31
Publication date: 1991-03-01

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は積層式燃料電池に関する。

（従来の技術）一般に燃料電池は、電解質板の両面に正極板と負極板を
当てがい、正極板側に酸化剤ガスを負極板側に燃料ガス
を供給することによって単位電池を形成し、それぞれの
ガスと電解質との間の化学反応に基づいて、化学エネル
ギーを直接電気エネルギーに変換するものである。

ところが上記の如き単位電池の出力電圧は高々ＩＶと低
く、実用的な電圧を得るには複数個の単位電池を直列に
多数積層しなければならない。

第２４図は従来の積層式燃料電池の外観を示す斜視図で
ある。例えば炭酸リチウムと炭酸カリウムの混合アルカ
リ炭酸塩の電解質と、リチウムアルミネート微粉末とを
混合してシート状に形成した電解質板１の両面に、図示
しないニッケルの多孔質焼結板から成るガス拡散電極を
当てがい、正極側に酸素と二酸化炭素を含む酸化剤ガス
を供給し負極側に水素を含む燃料ガスを供給して単位電
池（２）を形成し、前記電解質板１と導電性のセパレー
タ３とを交互に上下に積層し、これを図示しないボルト
などにより締め付けて積層式燃料電池を構成している。

また、この積層式燃料電池には、酸化剤ガスを供給及び
排出するマニホールド４及び５と、燃料ガスを供給及び
排出するマニホールド６及び７が設けられている。

さらに縦断面図の第２５図に詳細に示すように、前記セ
パレータ３は隔離板本体８と、この隔離板本体８の周囲
を取り囲む側壁９とで構成され、側壁９の両面には電解
質板１の端部に接触する平坦な当り面１０が形成されて
いる。　電解質板１とセパレータ３によって囲まれた酸
化剤ガスから成るガス層１１及び燃料ガスからなるガス
層１２は、それぞれマニホールド４又は６に通孔１３を
介して連通されて所定のガスを供給され、第２４図に図
示されるマニホールド５又は７に通孔１３を介してそれ
ぞれ排出されるようになっている。

ここに上記のように構成される積層式燃料電池にあって
は、酸化剤ガスと燃料ガスとが混合しないようにするた
め、又これらのガスが側壁９から外部へ漏れるのを防止
するため、セパレータ３の当り面１０とこれに接触する
電解質板１との間をシールする必要がある。このため、
従来単位電池を積層した後、電池作動温度である６５０
℃まで昇温させ、昇温によって溶融した電解質でシール
するウェットシール方式が採用されている。

すなわち、前述した電解質板中の電解質は昇温途中の４
８８℃の共融温度で溶融し、この溶融物が電解質板１の
端部とセパレータ３の当り面１０との間に存在する隙間
を埋め、これによってガスシールが行なわれている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記のようなウェットシール方式を採用
した従来の積層式燃料電池にあっては、電解質板のぬれ
性、加圧力あるいは電極各部での厚みｆ［のバラツキ、
セパレータの当り面の加工精度のバラツキ、洩れ距離等
の影響を受はセパレータと電解質板との間のシールが不
十分になる恐れがある。特に前述のマニホールドとセパ
レータの当り面との境にてシール不十分となる場合には
、酸化剤ガスと燃料ガスとの混合及び反応が生じて反応
ガスの有効利用が損なわれるという問題があった。又、
各マニホールドより外気に対して洩れを生ずる恐れがあ
った。

そこで本発明は、電解質板の両面にそれぞれ酸化剤ガス
層及び燃料ガス層を配して単位電池を形成するよう、前
記電解質板とセパレータとを交互に積層して成る積層式
燃料電池において、特にマニホールドとセパレータの当
り面との境にてシール性が良好で、かつ酸化剤ガスと燃
料ガスとの混合が生じることがなく、又、洩れることが
ない積層式燃料電池を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記課題を解決するために本発明は、電解質板と正極及
び負極とセパレータとを複数積層し、前記電極が接する
ガス路にガスを供給・排出するマニホールドを設けた積
層式燃料電池において、前記マニホールドにおける隣接
するセパレータ相互間に、複数のリング状金属部材間に
絶縁物を介在させてなるリング状シール部材を設けたこ
とを特徴とするものである。

（作用）本発明の積層式燃料電池では、複数のリング状金属部材
間に絶縁物を介してリング状シール部材を構成し、この
リング状シール部材の各リング状金属部材とマニホール
ド内の隣り合うセパレータとの間でシールを行ない、そ
れぞれのマニホールドに案内されるガスを外部にもらす
ことなく、したがって、燃料ガスと酸化剤ガスが混合す
ることもなく、必要な流路に必要なガスを供給・排気す
ることが可能となる。

（実施例）以下、本発明の詳細な説明する。

第１図及び第２図に示す実施例は、従来例で示したと同
様に電解質板１の両面に酸化剤ガス及び燃料ガスのガス
層１１．１２を形成し、前記電解質板１とセパレータ３
とを交互に積層すると共に、特に各マニホールド４〜７
の内部にリング状シール部材１４を設けたものである。

すなわち、酸化剤供給用マニホールド４について示す第
２図を参照するに、前記リング状シール部材１４は、電
気絶縁性の高いアルミナ、ジルコニア等のセラミック材
により形成された断面矩形状を呈するリング状の絶縁物
１５の上下両面にリング状金属部材１６ａ　、　　１６
ｂを重ね合わせ、この接触面をろう付あるいはセラミッ
ク結合等によって密着結合したものである。そして、こ
のようにして形成されたリング状シール部材１４を相互
に非接触となるよう隙間Ｓをもたせ、かつこの隙間Ｓを
前記マニホールド４と接続されるべき酸化剤ガス層１１
とを連通する通孔１３に合わせ位置決めし、さらに、前
記リング状金属部材１６ａ。

１６ｂの外周縁部を隣り合う２枚のセパレータ３にそれ
ぞれ全周溶接したものである。

他のマニホールド５．６及び７についても同様である。

以上の構成において、相隣り合うリング状シール部材１
４間に形成された隙間Ｓより通孔１３を介して所定のガ
ス層１１．１２に所定のガスを供給でき、かつ反応後通
孔１３を介して所定のガスを所定の排気用マニホールド
５．７へ排出する。

従って、本例の積層式燃料電池では、前記リング状シー
ル部材１４を酸化剤ガス給排用マニホールド４，５及び
燃料ガス給排用マニホールド６゜７の内部に設け、前記
リング状シール部材１４のリング状金属部材１６ａ　、
　　１６ｂと隣り合う前記セパレータ３間とを溶接した
ので、両ガスの給排に関して完全にシールされ、酸化剤
ガスと燃料ガスとは混合することがない。

又、前記リング状金属部材１６ａ、１６ｂと前記絶縁物
１５との結合部、及び前記リング状金属部材１６ａ、１
６ｂと前記セパレータ３との溶接部において、それぞれ
の部材の線膨張係数を近似のものとしておけば熱膨張差
による歪が生ずることがなく、耐久性、シール性を確保
できる。

さらに、絶縁物１５はセラミック材から成るので、電気
絶縁性を高くでき、相当薄くしてもセパレータ３間の電
気絶縁性を薄いスペースで確保することができる。

上記説明では、前記リング状シール部材１４のリング状
金属部材１６ａ　、　　１６ｂと隣り合う前記セパレー
タ３間とを溶接することとしたが、例えば前記リング状
金属部材１６ａ　、　　１６ｂの外周縁部を、前記マニ
ホールド４〜７の内周面にあらかじめ設けた溝に嵌め込
み、シールするようにしてもよい。

又、上記溝を用いたシール方法において、前記セパレー
タ３の線膨張係数よりも大きい線膨張係数をもつ前記リ
ング状金属部材１６ａ、１６ｂを前記溝に組み込み、前
記溝部に生じた隙間を熱膨張差を利用してシールするこ
ともできる。

第３図に示す実施例は、第２図に示すリング状シール部
材１４を電解質板１によって定められる平面方向、及び
燃料電池の積層方向に対して柔軟な構造に変形した例で
ある。

すなわち、本例のリング状シール部材１７は、２枚のリ
ング状金属部材１８ａ、１８ｂと、これらの間に介在さ
れる絶縁物１９及び薄平板１８ｃとから成り、この絶縁
物１つと前記リング状金属部材１８ａ、１．８ｂとの接
合を、前記絶縁物１つの内外周面側でそれぞれ行なうと
共に、前記リング状金属部材１８ａ、１８ｂの前記絶縁
物１つとの接合端部を、互いに逆方向となる断面Ｕ字形
状と為したものである。前記リング状金属部材１８ａの
他端面は、薄手板１８Ｃを介して、また、１８ｂの他端
面は直接、それぞれ該当する隣り合うセパレータ３に溶
接される。

従って、第２図に示す実施例と同様なシール性、耐久性
をもつと共に、本例のリング状シール部材１７は、電解
質板１によって定められる平面方向に対して柔軟な構造
としたので、セパレータ３と前記絶縁物１９間の熱膨張
差による歪を吸収でき、接合面に無理を与えることなく
、シール性、耐久性をより向上することができる。又、
セパレータ３と溶接する場合部品製作誤差を吸収し、溶
接作業を容易に為し得る。

さらに、薄平板１８Ｃによって積層方向に対して柔軟な
構造としたので、電解質板１の板厚変化などに対しても
、安定した性能を提供できる。

第４図に示す実施例は、第３図に示すリング状シール部
材１７に対し、リング状シール部材１７°のリング状金
属部材１８”ａ、１８°ｂの一端と絶縁物１９゛とをそ
れぞれ対応する上下平面で接合するとともに、リング状
金属部材１８“ａ、　　１８’ｂの他端は、薄平板１８
°ｃ、１８”ｄとそれぞれ対応する上下平面で接合して
いる。そして、さらにリング状金属部材１８°ａ、１８
”ｂの断面形状をおおむねＵ型の波状としたものである
。したがって、それぞれ対応する上下平面での接合とし
たことによって、電解質板１のクリープ変形（このクリ
ープ変形は図中矢印Ａで示すように上下平面に対して縮
む方向に変形する）に対してそれぞれの接合部には圧縮
荷重が加わることになり、接合強度が増加する。さらに
、リング状金属部材１８°ａ。

１８゛ｂの形状をおおむねＵ型の波状としたことによっ
て、電解質板によって定められる平面方向の柔軟性はさ
らに増加し接合部に加わるせん断荷重は低減され、安定
した性能を提供できる。また、リング状金属部材１ｇ’
！、１８’ｂを絶縁物１９゛に対して内径側および外径
側へ位置させたことによって、狭いスペースにおいても
有効な柔軟構成が達成できる。

第５図に示す実施例は、リング状シール部材１７゛°の
リング状金属部材１８”ａの内周部とリング状金属部材
１８”ｂの外周部に立ち上げ部１８θ、１８°ゴを設け
るとともに、薄平板１８゜ｃ、１８”ｄのリング状金属
部材１８°’ａ、１８“ｂの立ち上げ部１８“’ｅ、１
８°°ｒと相対する部分に立ち上げ部１８°’ｇ、１８
’“ｈを設けて、立ち上げ部端面同士を溶接接合したも
のである。

リング状金属部材１８”ａ　、　　１８”ｂと薄平板１
８“Ｃ１１８°’ｄ　　（薄平板を設けない場合は直接
セパレータ）とをおのおのの設けられた立ち上げ部１８
°’ｅ、１８”ｆと１８°’ｇ、１８”ｈ端を溶接する
ことによって、溶接ちぢみ、熱影響などに起因する隔壁
板８あるいは当り面１０に生じる変形は、低減される。

したがって、電解質板１と当り面１０はなめらかな接触
が、電解質板１と隔壁板８とは均一な間隔が提供される
。なお、設ける立ち上げ部の位置、形状などは適宜変更
できることはもちろんである。本実施例は、セパレータ
３自身を薄板によっであるいは薄平板１８°°Ｃ１１８
−ｄを設けて構成した時特に有効である。

第６図に示す実施例は、第３図に示すリング状シール部
材１７に対し、リング状シール部材２０のリング状金属
部材２１ａ　、　　２　ｌｂと絶縁物゛２２との接合面
において、リング状金属部材２１ａ。

２１ｂの厚みを大とするような厚肉部を設けたものであ
る。

前記リング状金属部材２１ａ、２１ｂと前記絶縁部２２
の線膨張係数は近似となるよう材料選定がなされている
。

本例のリング状シール部材２０では、リング状金属部材
２１ａ　、　　２　ｌｂと絶縁物２２の線膨張係数が近
似であるので、両者の接合面で前記線膨張係数とセパレ
ータ３の線膨張係数との違いにより発生する熱応力を前
記金属部材２１ａ、２１．ｂの薄肉部に吸収させること
ができる。

第７図に示す実施例は、リング状シ」小部材２３を、第
６図に示すリング状シール部材２０に対し、第６図に示
すリング状金属部材２１ａ、２１ｂをリング状金属部材
２４ａ、２４ｂと金属リング２５ａ、２５ｂとに分割し
接合して構成した例である。絶縁物２６は第６図のもの
と同様である。

本例のリング状シール部材２３は、第６図のリング状金
属部材２１ａ　、　　２　ｌｂに代え、板金加工により
製作されるリング状金属部材２４ａ、２４ｂに、例えば
管状部材を切断して製作される金属リング２５ａ、２５
ｂを例えば溶接して製作することができるので、製作が
容易である。

第８図に示す実施例は、第３図に示すリング状シール部
材１７に対し、リング状シール部材２７のリング状金属
部材２８ａ、２８ｂの接合端部を絶縁物２９の上下両面
にまで延伸し接合したものである。

本例のリング状シール部材２７では、絶縁物２９を側面
側及び上下側から保持するので、絶縁物２９とリング状
金属部材２８ａ、２８ｂとの接合強度が増す。

第９図に示す実施例は、第３図に示すリング状シール部
材１７に対し、リング状シール部材３０のリング状金属
部材３１ａ　、　　３　ｌｂを断面り字形状に変形して
絶縁物３２の上下両面からそれぞれ接合したものである
。

本例のリング状シール部材３０は、十分な接合強度を有
すると共に単なるＬ字状の組み合わせとなるので、製作
が容易である。

第１０図に示す実施例は、第９図に示すリング状シール
部材３０に対し、リング状シール部材３３のリング状金
属部材３４ａ、３４ｂを絶縁物３５の上下両面に設けた
段差部で接合したものである。　本例のリング状シール
部材３３では、第９図のリング状シール部材３０と同様
以上の接合強度を有すると共に、リング状金属部材３４
ａ、３４ｂと絶縁物３５との接合の位置決めが容易であ
る。

第１１図に示す実施例は、第３図に示すリング状シール
部材１７に対し、リング状シール部材３６のリング状金
属部材３７ａ、３７ｂと絶縁物３８との接合を、絶縁物
３８の上下両面で行なうとともに、リング状金属部材３
７ａ、３７ｂの接合端部を共に対称的な断面円弧状と成
したものである。又、この円弧部とセパレータ３との間
にはくびれ３７ｋを設けている。

本例のリング状シール部材３６では、リング状金属部材
３７ａ、３７ｂがそれぞれ同一形状であるため共用化を
図ることができ製作コストを下げることができる。又、
くびれ３７ｋによって、燃料電池の積層方向とこれに垂
直な方向に柔軟な構造とすることができ、熱膨張に起因
する歪を吸収することができる。

第１２図に示す実施例は、第１１図に示すリング状シー
ル部材３６のリング状金属部材３７ａ。

３７ｂの円弧部に対し、リング状シール部材３９の金属
部材４０ａ、４０ｂを楕円状とし、絶縁物４１との接合
端部を上下から垂直に接合するよう直線部髪を持たせた
ものである。

本例のリング状シール部材３９では、第１１図の実施例
と同様にリング状金属部材４０ａ、４０ｂの共用化を図
ること及び柔軟な構造をもたせることができ、特に構造
の単純化により容易に製作することができる。さらに、
直線距離丈を持たせてその先端で絶縁物４１とシール結
合させるので、シール性の向上を図ることができる。す
なわち、熱膨張による歪吸収又は円弧部で行ない、この
ときの円弧部の変形が直線部更に及びに＜＜、直線部髪
と絶縁物４１との剥れを抑制するからである。

第１３図に示す実施例は、第３図に示すリング状シール
部材１７に対し、リング状シール部材４２のリング状金
属部材４３ａ、４３ｂを、セパレータ３と絶縁物４４と
の間に断面Ｕ字状部を設けた構造とし、さらに、絶縁物
４４の上下両面に設けたスリットにリング状金属部材４
３ａ、４３ｂの端部を嵌め込んでスリット結合したもの
である。

リング状金属部材４３ｇ、４３ｂの線膨張係数は、絶縁
物４４の線膨張係数よりも少し大きくなるよう材料選定
がなされている。

本例のリング状シール部材４２では、絶縁物４４の上下
両面に設けた溝とリング状金属部材４３ａ、４３ｂの接
合端部との間で生ずる隙間が、熱膨張差によりリング状
金属部材４３ａ、４３ｂによって埋められ、シール性が
良好となると共にリング状金属部材４３ａ、４３ｂと絶
縁物４４とは強固に結合される。

第１４図に示す実施例は、第２図で示した実施例に対し
、リング状金属部材と絶縁物との接合を圧入ないしかし
めで行なうようにした変形例である。

すなわち、本例のリング状シール部材４５のリング状金
属部材４６ａ、４６ｂは絶縁物４７の内周面に沿って立
ち上げたリング壁４６Ｒを有し、このリング壁４６Ｒと
前記絶縁物４７を圧入ないしかしめにより接合したもの
である。

従って、本例のリング状シール部材４５はリング状金属
部材４６ａ、４６ｂと絶縁物４７の圧入ないしかしめに
より強固な一体構造となり、優れたシール性能をもたせ
ることができる。また、前記リング状金属部材４６ａ、
４６ｂと絶縁物４７はセラミック結合等を用いないで接
合することができるのでその製作が容易である。

さらに、セパレータ３を薄板構成とした場合には、前記
リング状金属部材４６ａ、４６ｂは、セパレータ構成部
材をそのまま適用することが可能となり、より効率的な
製作性が達成される。

第１５図に示す実施例は、第１４図に示す実施例の改良
に係わるもので、リング状シール部材４８の絶縁物４９
の内周面を断面Ｖ字形状と成し、このＶ字形状部分に沿
ってリング状金属部材５０ａ、５０ｂのリング壁５０Ｒ
を圧入ないしかしめにより接合した例である。

従って、本例のリング状シール部材４８は絶縁物４９を
Ｖ字形状としたことによって、絶縁物４９とリング状金
属部材５０ａ、５０ｂとの線膨張係数差から、温度上昇
によりリング壁５ＯＲが、■字形状部に沿ってスライド
することになり、絶縁物４９とリング状金属部材５０ａ
、５０ｂとの接触面には圧力が作用し、より優れたシー
ル性能をもつことができる。

第１６図に示す実施例も、第１４図に示す実施例の改良
に係わるもので、リング状シール部材５１の絶縁物５２
の内周面を断面円弧形状と成し、この円弧形状部分に沿
ってリング状金属部材５３ａ、５３ｂのリング壁５３Ｒ
を圧入ないしかしめにより接合した例である。

従って、本例のリング状シール部材５１は絶縁物５２を
円弧形状としたことによって、絶縁物５２とリング状金
属部材５３ａ、５３ｂとの線膨張係数差から、温度上昇
によりリング壁５３Ｒが円弧形状部に沿ってスライドす
ることになり、絶縁物５２とリング状金属部材５３ａ、
５３ｂとの接触面には圧力が作用し、より優れたシール
性能をもつことができる。

第１７図に示す実施例は、第１４図〜第１６図に示した
リング状シール部材４５．４８．５１のリング壁４６Ｒ
，５０Ｒ，５３Ｒの周上にスリットを適宜の間隔で設け
てリング壁５４Ｒを形成し、このリング壁５４Ｒと絶縁
物５５を圧入ないしかしめにより接合した例である。

従って、本例のリング壁５４ＲはスリットＳＬを適数有
するので、第１４図〜第１６図で示した実施例に対し、
リング壁５４Ｒと絶縁物５５の圧入ないかしめの作業を
容易に行なうことができ、リング状シール部材５６の製
作を容易にすることができる。

第１８図に示す実施例は、第１７図に対し第１４図〜第
１６図で示したリング状シール部材４５゜４８．５１の
リング壁４６Ｒ，５０Ｒ，５３Ｒを他のリング状金属部
材に対し互いに嵌め合わされる態様の凹凸部を備えた形
状と成し、これらリング壁５７Ｒ，５８Ｒと絶縁物５９
を圧入ないしかしめにより接合した例である。

従って、本例のリング状シール部材６０では凹凸部が相
対しているので、第１７図で示した実施例に対し絶縁物
５９をより密接に接合することができ、又、リング状シ
ール部材６０をセパレータ３間の薄いスペース内に容易
に設けることができる。

第１９図に示す実施例は、第１４図で示した実施例に対
し、リング状シール部材６１の絶縁物６２の両面に２枚
の湿潤材６３ａ、６３ｂを接合して湿潤ブロック６４を
形成し、この湿潤ブロック６４とリング状金属部材６５
ａ、６５ｂを圧入ないしかしめにより接合した例である
。

より詳細には、前記湿潤材６３ａ、６３ｂは例えば、第
２５図で示した電解質板１の如き高温により溶融しその
表面が湿潤状態となるが如く部材で構成されており、そ
の表面と前記リング状金属部材６５ａ、６５ｂの間でシ
ール機能をもたせたものである。

従って、本例のリング状シール部材６１では、湿潤材６
３ａ、６３ｂの部材として電解質板１と似たような部材
を用いたので、電池運転時に前記湿潤材６３ａ、６３ｂ
の表面が湿潤状態となって溶融物を生じ、この溶融物が
リング状金属部材６５ａ、６５ｂと前記湿潤材６３ａ、
６３ｂの間に存在する隙間を埋め、前記リング状シール
部材６１のシール性能を向上することができる。

又、この場合リング状金属部材６５ａ、６５ｂとセパレ
ータ３の線膨張係数を近似のものとしておけばリング状
金属部材６５ａ、６５ｂには熱膨張による無理が生ずる
ことがなく、シール性の向上が図れる。なお、一般に湿
潤部材６３ａ、６３ｂは大きな線膨張係数を有するので
湿潤ブロック６４の熱膨張は隣り合うセパレータ３間の
熱膨張よりも大きくなり、前記湿潤ブロック６４と前記
リング状金属部材６５ａ、６５ｂの接触圧が増し、リン
グ状シール部材６１のシール性能をさらに確実なものと
することができる。

上記説明では、湿潤ブロック６４を絶縁物６２と湿潤材
６３ａ、６３ｂに分割したが、必ずしも湿潤ブロックを
分割する必要はなく、絶縁性を有し、高温で表面が湿潤
状態となる部材から成る湿潤ブロックを用いてもよい。

又、シール性を確保するため湿潤材６３ａ、６３ｂの部
材として電解質板１と似たような部材を用いたが、電池
の運転温度にて容易に柔軟となる部材であればよい。例
えば、薄いペーパー状に成形されたセラミックスのよう
に、電池の運転温度時に伸縮容易な部材、あるいは、銀
波のように、展延性に富むので薄く加工ができ、電池の
運転温度時に軟化して変形容易な部材を用いてもよい。

第２０図に示す実施例は、第９図に示す実施例の変形例
であって、リング状シール部材６１°の絶縁物６２゛の
両面にそれぞれ溝６２°ａ、６２°ｂを設けるとともに
溝６２°ａ、６２°ｂ内に湿潤リング６３’ａ、６３’
ｂを挿入して湿潤ブロック６４を形成したものである。

より詳細には、湿潤リング６３“ａ、６３°ｂは高温で
溶融しその表面が湿潤状態となるがごとき部材で構成さ
れており、その表面とリング状金属部材６５°ａ、６５
”ｂの間でシール機能をもたせたものである。したがっ
て、電池運転時に前記湿潤リング６３°ａ、６３’ｂの
表面が湿潤状態となって溶融物を生じ、この溶融物がリ
ング状金属部材６５“ａ、６５’ｂと前記湿潤リング６
３°ａ、６３°ｂの間に存在する隙間を埋め、前記リン
グ状シール部材６１“のシール性能を向上することがで
きる。ここで、溝６２°ａ、６２’ｂを設けたことによ
って溶融物の漏洩を低減することが可能となる。さらに
、それぞれの湿潤リング６３°ａ、６３°ｂの湿潤状態
となる温度範囲がそれぞれ異なった部材で構成すれば、
シール可能な温度範囲をより広くすることができる。な
お、本例では２つの満６２°ａ、６２’ｂで示し、たが
１つあるいは３つ以上の溝で構成することはもちろん可
能であり、さらに溝６２゛ａ、６２°ｂをリング状金属
部材６５’ａ、６５°ｂ側に設けても可能である。

第２１図に示す実施例は、第３図に示した実施例と略々
同様なリング状シール部材６６を有するものであるが、
絶縁物６７の中に該絶縁物より熱膨張係数の大きい金属
からなる分散相６８を分散させている。分散相６８はリ
ング状金属部材６９ａ及び６９ｂに近づく程密に、中央
部では粗になるように分布させることが好ましい。また
、分散相６８は絶縁物６７の全域あるいはその一部では
分散相同志が接触しない程度に分布せしめ、絶縁物６７
を゛挟む両側のリング状金属部材６９ａ、６９ｂ間の絶
縁性を維持させる。

このように、分散相同志が接触しないような体積率で混
合させ焼結等により複合化させることにより、絶縁物固
有の絶縁性を損なうことなく、絶縁物の熱膨張係数を絶
縁物単一相の場合に比べ、リング状金属部材の熱膨張係
数により近づけることが可能となる。その結果、製造時
における絶縁物とリング状金属部材のセラミックス接合
等の接着性が向上するとともに、リング状金属部材と絶
縁物との界面を剥離する怖れのある温度変動時の膨張差
の違いによる熱応力が、絶縁物単一相からなる絶縁物と
リング状金属部材の接合の場合より低く抑えられる結果
、強固な接合界面が得られる。

第２２図に示す実施例も、第３図に示した実施例と略々
同様なリング状シール部材７０を有するものであるが、
絶縁物７１に接合するリング状金属部材７３ａ及び７３
ｂ側の該接合箇所付近に、該金属部材より熱膨張係数の
小さい分散相７２を分散複合させてなるものである。

このように、絶縁物とリング状金属部材との接合界面近
傍のリング状金属部材の一部に、熱膨張係数の小さな物
質を粒状又は繊維状に分散複合させることにより、接合
界面近傍のリング状金属部材の熱膨張係数を金属単一相
の場合に比べ、絶縁物７１のそれに近づけることができ
、温度変動下で、金属と絶縁物の界面での熱膨張差によ
り発生し、金属と絶縁物とを剥離する怖れのある局所的
な熱応力を金属単一相の場合より低く抑えられる。

第２３図に示す実施例も、第３図に示した実施例と略々
同様なリング状シール部材７４を有するものであるが、
絶縁物７５とリング状金属部材７７ａ、７７ｂとの間に
複合材料層７６が挟まれ形成されたものである。絶縁物
相と、絶縁物等と金属からなる複合材料層７６との接合
は、絶縁物製作の際の焼結時にその絶縁物原料からなる
粉末層と、別途混ぜ合わせた絶縁物等と金属からなる複
合粉末等からなる粉末層を重ねて焼結すれば良い。

このように、絶縁物７５とリング状金属部材７７ａ及び
７７ｂとの間に、絶縁物等と金属からなる複合化された
層を介在させるこにより、絶縁物とリング状金属部材を
直接接合する場合に比べ、接合性が向上し、かつ接合界
面を挟む構成層間の熱膨張係数の差も小さくなり、界面
の剥離を起す怖れのある熱膨張差による熱応力の発生も
少なくなる。

複合する金属は、リング状金属部材を構成する金属と互
いに拡散しやすい金属を選択したり、あるいは別のバイ
ンダー材料を混合する等により接着強度を高めることが
できる。

この実施例において複合材料層７６は多段にすることも
でき、絶縁物７５側からリング状金属部材７７ａ、７７
ｂ側へ徐々に膨張係数を大きくし、より効果を上げるこ
とができる。

以上、第２図〜第２３図で示した実施例では、リング状
シール部材を用いてマニホールド内において両ガスを完
全にシールすることができるので、前記マニホールド間
でのガス混合の問題を解消できると共に、加えて、マニ
ホールドの周辺部ではウェットシール方式による不要な
ほどの洩れ防止距離を持たせる必要がなく、コンパクト
でシール性の確実な積層式燃料電池を構成し得る。

上記実施例では、セパレータ３とリング状金属部材との
接合を、溶接により、又はセパレータ３に設けた溝にリ
ング状金属部材を嵌め合わせることにより、あるいは溝
を設けることなく接触させて行なったが、接合方式はこ
れらに限定されるものではなく、かつリング状シール部
材の設計に応じた適宜の接合方式を採択すればよい。

又、絶縁物とリング状金属部材の接合面の接触距離を増
すため、絶縁物の両端面に例えばリング状の凹凸を設け
、これにリング状金属部材に設けた凹凸に、嵌め合わせ
るようにしてもよい。

さらに、第３図〜第１３図及び第２０図〜第２３図で示
した実施例では、リング状金属部材を製作上の容易さを
考え、断面Ｕ字形状あるいは断面り字形状等に変形し柔
軟な構造をもたせたが、リング状金属部材の形状はこれ
に限定されるものではない。又さらに、第１４図〜第１
９図で示したリング状金属部材は第３図〜第１３図及び
第２０図〜第２３図で示したリング状金属部材のごとく
柔軟な構造を持たせてもよく、第１９図と第２０図で示
した湿潤ブロック６４，６４°は第１５図〜第１８図で
示したリング状シール部材に対して適用するなど、各実
施例の構成を適宜組み合わせて実施することもできる。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、適宜
の設計的変更により、この他適宜の態様で実施し得るも
のである。

［発明の効果］以上の通り、本発明は特許請求の範囲に記載の通りの積
層式燃料電池であるので、電解質板の両面にそれぞれ酸
化剤ガス層及び燃料ガス層を配して単位電池を形成する
よう、前記電解質板とセパレータとを交互に積層して成
る積層式燃料電池において、２枚のリング状金属部材間
に絶縁部を介してリング状シール部材を構成し、このリ
ング状シール部材の各金属部材とマニホールド内の隣り
合うセパレータとの間でシールを行ない、それぞれのマ
ニホールドに案内されるガスをこのシールにて断ち切り
、ガスの混合が生じない。また、各マニホールドと外気
との間で有効にシールできるので洩れ防止距離を不要に
長くとる必要がなく、コンパクトでシール性の確実な燃
料電池を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る積層式燃料電池の縦断
面図、第２図は第１図の矢視■部で示すリング状シール
部材の詳細図、第３図は他の実施例を示し、第２図相当
の詳細図、第４図〜第１６図はそれぞれ他の実施例を示
し第３図に相当する断面図を更に拡大して示す断面図、
第１７図は他の実施例を示し、第１６図の矢視Ｘｖから
みたリング壁の拡大図、第１８図は他の実施例を示し、
第１７図相当の拡大図、第１９図は他の実施例を示し、
第４図〜第１６図相当の断面図、第２０図〜第２３図は
それぞれ他の実施例を示し、第３図に相当する断面図を
更に拡大して示す断面図、第２４図は従来例の説明に用
いた積層式燃料電池の斜視図、第２５図は第２４図のｘ
ｘｎ−ｘｘｎ線矢視縦断面図である。１・・・電解質板（２）・・・単位電池３・・・セパレータ４．５，６．７・・・マニホールド１１・・・酸化剤ガス層１２・・・燃料ガス層１３・・・通孔１４．１７，２０，２３，２７，３０，３３゜３６．３
９，４２，４５，４８，５１，５６．６６１゜６６゜７０゜７４・・・リング状シール部

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電解質板と正極及び負極とセパレータとを複数積
層し、前記電極が接するガス路にガスを供給・排出する
マニホールドを設けた積層式燃料電池において、前記マ
ニホールドにおける隣接する上下のセパレータ相互間に
、複数のリング状金属部材間に絶縁物を介在させてなる
リング状シール部材を設けたことを特徴とする積層式燃
料電池。
（２）請求項１に記載の積層式燃料電池において、前記
リング状シール部材を積層式燃料電池の積層方向に対し
て柔軟な構造としたことを特徴とする積層式燃料電池。
（３）請求項１に記載の積層式燃料電池であって、前記
リング状シール部材を前記電解質板によって定められる
平面方向に対して柔軟な構造としたことを特徴とする積
層式燃料電池。
（４）請求項１に記載の積層式燃料電池であって、前記
リング状シール部材の各リング状金属部材と前記絶縁物
とをスリット結合としたことを特徴とする積層式燃料電
池。
（５）請求項１に記載の積層式燃料電池であって、前記
リング状シール部材の各リング状金属部材と前記セパレ
ータとのシール結合を密封結合としたことを特徴とする
積層式燃料電池。
（６）請求項５に記載の積層式燃料電池であって、前記
リング状シール部材の各リング状金属部材と前記セパレ
ータとのシール結合を溶接結合あるいはろう付結合、あ
るいはセラミックス結合としたことを特徴とする積層式
燃料電池。
（７）請求項１に記載の積層式燃料電池であって、前記
絶縁物の内周面に沿って前記リング状金属部材からそれ
ぞれリング壁を立ち上げ、前記絶縁物と前記リング状金
属部材を圧入ないしかしめにより接合したことを特徴と
する積層式燃料電池。
（８）請求項７に記載の積層式燃料電池であって、前記
絶縁物の内周面を断面凹形状と成したことを特徴とする
積層式燃料電池。
（９）請求項１に記載の積層式燃料電池であって、前記
絶縁物の少なくとも一部に高温でその表面が湿潤ないし
柔軟状態となる湿潤部材を設け、この湿潤部材と前記絶
縁物の両面側の前記リング状金属部材との間でシールを
行なうことを特徴とする積層式燃料電池。
（１０）請求項１に記載の積層式燃料電池であって、前
記リング状金属部材と前記セパレータ部との結合部分に
おいて、前記各々の相対する部分に立ち上げあるいは立
ち下げ部分を設けて結合したことを特徴とする積層式燃
料電池。
（１１）請求項１に記載の積層式燃料電池であって、前
記絶縁物を金属と絶縁性を有するセラミックスとの複合
された部材で構成したことを特徴とする積層式燃料電池
。
（１２）請求項１に記載の積層式燃料電池であって、前
記絶縁物と前記リング状金属部材との接合界面近傍の前
記リング状金属部材部を、当該金属とそれより熱膨張係
数の小さい物質とを複合させた材料で構成したことを特
徴とする積層式燃料電池。
（１３）請求項１に記載の積層式燃料電池であって、少
なくとも前記絶縁物と前記リング状金属部材との接合界
面近傍の前記絶縁物部を、絶縁性物質と金属とからなる
複合材料で構成したことを特徴とする積層式燃料電池。
（１４）請求項１３に記載の積層式燃料電池であって、
前記複合材料の層を多段にして隣り合う複合材料層間に
夫々絶縁物層を介在させる構成としたことを特徴とする
積層式燃料電池。