JPH06251793A - 燃料電池のマニホールド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】固体電解質型燃料電池の燃料ガス，酸化剤ガス
を給排する外部マニホールド方式のマニホールドを電池
スタックに締付ける締付機構を有しない方式にして設け
る。 【構成】電池スタック１８の燃料ガス入口トンネル２０
と図示しない燃料ガス出口トンネルとを有する対向する
側面と、酸化剤ガス入口トンネル２２と図示しない酸化
剤ガス出口トンネルとを有する対向する側面との境界部
２３のリブ付セパレータ７に接して電池スタック１８を
函体２４に収納し、境界部２３にリブ付セパレータ７と
函体２４とにまたがるキー２８を挿入して電池スタック
１８と函体２４との間のキー２８で区切られる空間を燃
料ガス入口，出口マニホールド３０，３１、酸化剤ガス
入口，出口マニホールド３２，３３にし、キー２８とキ
ー溝２６，２７との間の空間には水蒸気を供給してシー
ルする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池、特に固体電
解質型燃料電池に反応ガスを電池スタックの外部から給
排するマニホールドの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は供給される燃料ガスと酸化剤
ガスとにより電池反応を起こして発電するものである
が、燃料電池の種類としてリン酸を電解質とするリン酸
型燃料電池、溶融炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩型燃
料電池、ジルコニア等の酸化物の固体を電解質とする固
体電解質型燃料電池等が知られている。このうち特に固
体電解質型燃料電池は作動温度が８００〜１１００℃と
高温であるために発電効率が高く、触媒が不要であると
いった長所があり、さらに電解質が固体であるため取扱
いや保守が容易であり、第三世代の燃料電池として期待
されている。しかし、一方では運転温度が高いため使用
可能な材料に制約があるという短所を内包している。

【０００３】固体電解質型燃料電池の構造には、大きく
分けて円筒型と平板型の２つのタイプがある。平板型の
燃料電池には図８に示すように薄い電解質板１と、この
両面に形成されたアノード２及びカソード３とからなる
単電池４と、一方の面に燃料ガス流路５及び他方の面に
前記流路の方向と直交する方向の酸化剤ガス流路６を設
けたリブ付セパレータ７とを順次積み重ねて電池スタッ
クを構成する自立膜方式と、図９に示すように電極材料
で製作した多孔質のアノードともなる燃料ガス流路５を
有する電解質基板１０と、電解質基板１０の表面に形成
した電解質層１１と、この電解質層１１の表面に形成し
たカソード３とからなる電解質／電極結合体１５及び電
極材料又はセパレータ材料で製作し、酸化剤ガス流路６
を有するセパレータ基板１２と、このセパレータ基板１
２の表面にセパレータ層１３を形成したセパレータ１６
を順次積み重ねて電池スタックを構成する支持膜方式の
２種類の電池構造が提案，試作されている。

【０００４】上記のような平板型の固体電解質型燃料電
池には電池スタックを構成する各単電池に反応ガスを供
給する方法としてリン酸型や溶融炭酸塩型等の従来の燃
料電池で採用されている外部マニホールド方式が一般的
であり、特に自立膜方式ではこの傾向が強い。上記の外
部マニホールド方式では外部マニホールドを電池スタッ
クに内部の反応ガスの外部への漏れを防ぐためガスシー
ル用のシール材を介装して当てがい、外部マニホールド
を電池スタックに締付けている。なお、シール材として
は一般にはセラミックスシートやセラミックスクロス、
あるいはこれらの部材にガラスを含浸させたものを使用
している。

【０００５】また、外部マニホールド方式の変形例とし
て、電池スタックの周囲に設置した外部容器を外部マニ
ホールドとして利用することが知られている。この場
合、外部容器と角体状の電池スタックの角部とが接する
ところには、ガラスを用いたシールが行なわれ、燃料ガ
スと酸化剤ガスとの混合を防いでいる。他の反応ガス供
給方法として内部マニホールド方式があり、単電池ある
いは電解質／電極結合体及びセパレータの中心部に燃料
ガス及び酸化剤ガスの２種類の反応ガス供給用のマニホ
ールドを設けた、例えば特開平１−１６８５６８や特開
平２−３０４８７０に示すようなセンターマニホールド
方式が知られている。

【０００６】また、これらの変形例として本出願人は特
願Ｈ３−２４９９３４にて電池スタックを函体内に設置
するとともに、電池スタックを構成する各部材の中央部
に燃料ガス供給マニホールドを設けて、燃料ガスは中央
部の燃料ガスの供給マニホールドから電池スタックの各
単電池に供給し、一方酸化剤ガスは函体内に通流させて
電池スタックの各単電池に供給することを提案してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記の外部マニホール
ド方式において、外部マニホールドと電池スタックとの
締付部にシール材を介装して反応ガスが漏れるのを防ぐ
方法は、外部マニホールドが電池スタックに対して常に
各部が均一な面圧で押し付けられる必要がある。この場
合、実験室規模の小型の試験用電池スタックでは電気炉
の外部からねじ等を用いて外部マニホールドを電池スタ
ックに均一に締付けることが可能であるが、実用規模の
大型の電池スタックでは大きな外部マニホールドを電池
スタックに均一に締付けるのは困難である。

【０００８】この場合、リン酸型や溶融炭酸塩型等の他
の燃料電池では、運転温度が固体電解質型燃料電池のそ
れより低いので、皿ばねやコイルばねを用いて簡単な構
造により外部マニホールドの締付けは可能である。しか
しながら固体電解質型燃料電池では運転温度が約１００
０℃と高いため、金属のばね性が得られないので、従来
より複雑な締付機構が必要になるという欠点がある。

【０００９】また、電池スタックと外部マニホールドと
の熱膨脹は一致させる必要がある上に、電池スタックと
外部マニホールドの熱膨脹による伸縮に対しても締付機
構を追従させる必要があるため、その対応は極めて困難
である。上記問題点を解決するために、前述のように電
池スタックの周囲に設置した外部容器を外部マニホール
ドとする方法が知られているが、外部容器と電池スタッ
クの角部が接触するところにガラスのシール材を設けて
いるので、燃料電池の運転中に高さ方向に軟化したガラ
スが移動し、このため反応ガスのシール能力が低下する
という問題があり、高さ方向に長い角部のシールにはあ
まり適してないという欠点がある。

【００１０】一方、前述の内部マニホールド方式におい
ては、外部マニホールド方式と異なり、マニホールドの
締付機構は不要となるが、マニホールドをどの部分に設
置しようとも燃料ガス及び酸化剤ガスの２種類の反応ガ
ス供給マニホールドに相当する部分は電池反応が行なわ
れず、したがってマニホールドの面積分の有効電極面積
が減少するという欠点がある。

【００１１】特に、固体電解質型燃料電池では酸化剤ガ
スを反応ガスとして使用するとともに冷却用ガスとして
も使用されるのが一般的であり、このため酸化剤ガスの
反応ガスとしての利用率は１０〜３０％と低いので、酸
化剤ガスのマニホールドの面積は大きくなり、したがっ
て有効電極面積は減少するという欠点がある。なお、こ
の電極面積の減少は大面積化が困難とされている自立膜
方式では特に大きな問題となる。

【００１２】本出願人が提案した特願平３−２４９９３
４による内部マニホールド方式では、燃料ガスの供給用
のマニホールドのみ電池積層体の中央部に設けて上記問
題点を解決しているが、函体内に供給した酸化剤ガスの
全量が各単電池の酸化剤ガスのガス流路に流入して電池
反応及び冷却に使用されるとは考えにくいので、酸化剤
ガスは余分に流す必要がある。このため酸化剤ガスを送
出するブロワ等の補機動力が増加し、システムの効率が
低下するという欠点がある。

【００１３】また燃料ガスは排気用のマニホールドが設
けられておらず、函体内に直接放出することになるの
で、各単電池の燃料ガスの排気用スリットの近傍では排
ガス中の未反応燃料が燃焼し、局所的に温度が上昇する
という恐れがある。このような局所的な発熱により温度
差のある温度分布がつくと電池構成部材が変形や変質を
起こし、電池性能や寿命を低下させるという恐れがあ
る。

【００１４】本発明の目的は、電池スタックに反応ガス
を給排する外部マニホールド方式ではマニホールドの取
付構造の欠点をなくし、また燃料ガスを供給するマニホ
ールドのみ内部マニホールド方式にした場合では酸化剤
ガスの電池スタックへの全量供給、及び電池スタックか
らの排出される燃料ガスと酸化剤ガスとを分離できる燃
料電池のマニホールドを提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば単電池とセパレータとを積層してな
り、対向する側面に単電池に供給する燃料ガスの流路の
開口及びこの対向する側面と異なる対向する側面に単電
池に供給する酸化剤ガスの流路の開口を備える電池スタ
ックと、前記対向する側面と異なる対向する側面との境
界部に接して電池スタックを収納する函体と、前記境界
部に電池スタックと函体とにわたって設けられるキー溝
に挿入されるキーとを備え、キーとキー溝との間の空間
に単電池に供給する燃料ガスと酸化剤ガスの圧力より若
干高い圧力のシールガスを供給し、電池スタックと函体
との間のキーで区切られる空間を燃料ガス又は酸化剤ガ
スを給排するマニホールドとするものとする。

【００１６】上記において、燃料ガスの流路の開口は、
電池スタックの対向する側面の一方を流路入口、他方を
流路出口とし、あるいは電池スタックの中央部に貫通し
て設けられた流路から燃料ガスが単電池に供給される場
合、対向する側面の両側の流路の開口を流路出口とし、
流路入口に面するマニホールドを燃料ガス入口マニホー
ルド、流路出口に面するマニホールドを燃料ガス出口マ
ニホールドとし、一方、酸化剤ガスの流路の開口は、電
池スタックの対向する側面の一方を流路入口、他方を流
路出口とし、流路入口に面するマニホールドを酸化剤ガ
ス入口マニホールド、流路出口に面するマニホールドを
酸化剤ガス出口マニホールドとするものとする。

【００１７】なお、シールガスは水蒸気とし、この水蒸
気は電池反応により生成された水を含む燃料電池からの
排気ガスから回収した水を燃料電池からの排熱により加
熱して得られるものとする。

【００１８】

【作用】電池スタックの各単電池に供給する燃料ガスが
流れる流路の開口を有する電池スタックの対向する側面
と、電池スタックの各単電池に供給する酸化剤ガスが流
れる流路の開口を有する電池スタックの前記対向する側
面と異なる対向する側面との境界部に接して電池スタッ
クを函体に収納し、境界部の電池スタックと函体とにわ
たって設けられたキー溝にキーを挿入することにより、
電池スタックと函体との間にはキーにより区切られる空
間が形成されるので、燃料ガスの流路の開口に面する空
間は燃料ガスが流れるマニホールドとし、酸化剤ガスの
流路の開口を面する空間は酸化剤ガスが流れるマニホー
ルドとする。

【００１９】この場合、電池スタックの対向する側面の
一方の側面の燃料ガスの流路の開口を燃料ガスが流入す
る流路入口とし、他方の側面の流路の開口を単電池を流
れて排出される流路出口とするときには、流路入口に面
するマニホールドは燃料ガスの入口マニホールドとし、
流路出口に面するマニホールドは燃料ガスの出口マニホ
ールドとする。

【００２０】一方、電池スタックの各部材を貫通して中
央部に設けられた流路から燃料ガスが電池スタックの各
単電池を流れて排出する流路出口を電池スタックの対向
する側面に有する場合には、前記対向する側面の流路出
口に面する両マニホールドは燃料ガスの出口マニホール
ドとする。また、電池スタックの対向する側面の一方の
側面の酸化剤ガスの流路の開口を酸化剤ガスが流入する
流路入口とし、他方の側面の流路の開口を単電池を流れ
て排出する流路出口とするときには、流路入口に面する
マニホールドは酸化剤ガスの入口マニホールドとし、流
路出口に面するマニホールドは酸化剤ガスの出口マニホ
ールドとする。

【００２１】なお、キーは前記境界部の電池スタックと
函体とに設けられたキー溝に挿入し、キーとキー溝との
間の残された空間にシールガスとして水蒸気を供給す
る。この際、キーとキー溝との間の隙間をシールするた
めに水蒸気の圧力を電池スタックの各単電池に給排され
る燃料ガスと酸化剤ガスとの圧力より若干高くして燃料
ガスと酸化剤ガスとの混合を防ぐ。

【００２２】このようにすることにより、外部マニホー
ルド方式の燃料ガスの入口，出口マニホールド及び酸化
剤ガスの入口，出口マニホールドは締付構造を必要とせ
ず、また電池スタックに供給する燃料ガスと酸化剤ガス
とは混合せず、また排出する燃料ガスと酸化剤ガスも混
合しない。なお、シールガスとしての水蒸気は、電池反
応で生成した水を含む燃料電池から排出された反応ガス
から回収した水を燃料電池からの排熱により加熱して得
られる。

【００２３】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
説明する。図１は本発明によるマニホールドを備えた固
体電解質型燃料電池の部分破砕斜視図、図２は図１のリ
ブ付セパレータの燃料ガスが流れる面での断面図であ
る。図１，図２において電池スタック１８は、方形状の
薄い電解質板１の両面にアノード及びカソード３を形成
した単電池４と、反応ガス流路を形成したリブ付セパレ
ータ７とを順次積み重ねて形成されている。電解質板１
は８mol ％のイットリアで安定化させたジルコニア（以
下８ＹＳＺという）をテープキャスティング等の手法に
よりシート状に成形，焼結して得られる。アノードは酸
化ニッケルと８ＹＳＺとのサーメットをＰＶＡ（ポリビ
ニルアルコール）やＰＶＢ（ポリビニルブチラール）等
を溶剤とともに混合，攪拌してスラリーとし、これを電
解質板１の片面に塗布，焼成して得られる。一方カソー
ド３はランタンマンガナイト（LaMnO₃）やランタンコバ
ルタイト（LaCoO₃）等のカソード材料をＰＶＡやＰＶＢ
及び溶剤と混合，攪拌してスラリーとし、これを電解質
板１の他方の片面に塗布，焼成して得られる。リブ付セ
パレータ７はランタンクロマイト（LaCrO₃）、又は低熱
膨脹性金属を機械加工して得られる。

【００２４】なお、電池スタック１８の対向する側面の
一方の側面にはリブ付セパレータ７の一方の面に設けら
れた図２に示す燃料ガスのガス流路１９に連通する燃料
ガス入口トンネル２０を、また他方の側面にはリブ付セ
パレータ７の前記ガス流路１９に連通する図示しない燃
料ガス出口トンネルが設けられている。また、電池スタ
ック１８の前記対向する側面と異なる対向する側面の一
方の側面には、リブ付セパレータ７の他方の面に設けら
れた図２の燃料ガスのガス流路１９と同じ要領で設けら
れた酸化剤ガスのガス流路に連通する酸化剤ガス入口ト
ンネル２２を、また他方の側面には酸化剤ガスの前記ガ
ス流路に連通する図示しない酸化剤ガス出口トンネルが
設けられている。

【００２５】四角状の電池スタック１８はその角部、す
なわち電池スタック１８の前記対向する側面とこの対向
する側面と異なる対向する側面との境界部２３が円筒型
の函体２４に近接して収納されている。なお、境界部２
３のリブ付セパレータ７は函体２４の内壁面の曲率に合
わせて加工することにより、境界部２３のリブ付セパレ
ータ７と函体２４との隙間２５（図２参照）を小さくす
ることができる。

【００２６】境界部２３の電池スタック１８の積層され
たリブ付セパレータ７にはＵ形のキー溝２６を、また境
界部２３に面する函体２４にはキー溝２６に向き合うＵ
形のキー溝２７を設け、キー溝２６と２７とにわたり、
これらの側面に嵌め合うように高さ方向に棒状のキー２
８を挿入している。なおキー２８を挿入後、キー２８と
キー溝２６と２７との間の空間にはシールガスとして水
蒸気を供給してシールを行なっている。なお、水蒸気の
圧力は電池スタック１８に給排される燃料ガス，酸化剤
ガスの圧力より若干高くする。

【００２７】なお、函体２４とキー２８とはリブ付セパ
レータ７と同程度の熱膨脹係数を有するセラミックス又
は耐熱金属で製造する。このような構成により、函体２
４と電池スタック１８との間のキー２８で区切られる空
間３０は燃料ガスを電池スタック１８に供給する燃料ガ
ス入口マニホールド、３１は電池スタック１８から排出
される燃料ガスが流入する燃料ガス出口マニホールド、
３２は酸化剤ガスを電池スタック１８に供給する酸化剤
ガス入口マニホールド、３３は電池スタック１８から排
出される酸化剤ガスが流入する酸化剤ガス出口マニホー
ルドとなる。

【００２８】上記の構成により、燃料ガスは燃料ガス入
口マニホールド３０に流入して燃料ガス入口トンネル２
０を経て、また酸化剤ガスは酸化剤ガス入口マニホール
ド３２に流入して酸化剤ガストンネル２２を経てリブ付
セパレータ７の燃料ガス，酸化剤ガス流路をそれぞれ流
れて電池スタック１８を構成する各単電池のアノード，
カソードにそれぞれ供給され、電池反応を起こして発電
する。電池反応をした燃料ガスはリブ付セパレータ７の
燃料ガス出口トンネルから燃料ガス出口マニホールド３
１に、また酸化剤ガスはリブ付セパレータ７の酸化剤ガ
ス出口トンネルから酸化剤ガス出口マニホールド３３に
流入し、外部に排出される。

【００２９】この際、キー２８とキー溝２６，２７の間
の空間には給排される燃料ガスと酸化剤ガスとの圧力よ
り若干高い圧力の水蒸気が供給されてシールされている
ので、燃料ガスと酸化剤ガスとは混合することはない。
なおこのとき、シール用の水蒸気の圧力は燃料ガス，酸
化剤ガスの圧力より若干高くするので、水蒸気は燃料ガ
ス，酸化剤ガス入口マニホールド３０，３２、燃料ガ
ス，酸化剤ガス出口マニホールド３１，３３に漏れる
が、燃料ガスには改質用及びカーボンの析出防止用に水
蒸気を予め添加しており、また酸化剤ガスの反応ガスと
しての利用率は低いので、水蒸気の漏入による電池特性
や寿命に悪影響を与えない。

【００３０】なお燃料ガス，酸化剤ガスの出口マニホー
ルド３１，３３にて回収された排気反応ガスは図示しな
い熱交換器で熱交換され、排気された燃料ガスは生成水
を含んでいるので、気水分離器で生成水を分離した後排
出されたり、あるいはボトミングサイクル用の熱源とし
て利用される。一方、気水分離器により回収された生成
水は、排熱との熱交換により再び加熱され水蒸気となっ
てキー２８とキー溝２６，２７との間の空間にシール用
として供給される。

【００３１】図３は本発明の異なる実施例によるマニホ
ールドを備えた固体電解質型燃料電池の部分破砕斜視図
である。図３において電池スタック３５は円板状のリブ
付セパレータ７と電解質／電極結合体１５の単電池とを
順次積層して形成されている。電解質／電極結合体１５
はアノードの材料であるニッケル−ジルコニアサーメッ
ト（Ni-YSZ）をプレス成型の後に焼結させてアノードと
しても使用される平板状の電解質基板とし、その片面に
電解質及びカソードを形成して得られる。

【００３２】リブ付セパレータ７には電池スタック３５
の対向する側面の一方の側面に酸化剤ガスの後述する図
７に示す最外側のガス流路３６に連通する酸化剤ガス入
口トンネル３７と、他方の側面に前記ガス流路３６に連
通する図示しない酸化剤ガス出口トンネルを設けてい
る。またリブ付セパレータ７の他方の面には、前記対向
する側面と異なる対向する側面の両側面に燃料ガスの後
述する図６に示す最外側のガス流路３９に連通する燃料
ガス出口トンネル４０が設けられている。

【００３３】電池スタック３５の中央部には各部材を貫
通して燃料ガスを電池スタック３５の各単電池に供給す
る燃料ガス入口マニホールド４１が設けられている。四
角状の函体４３は円柱状の電池スタック３５の燃料ガス
出口トンネル４０を有する対向する側面と、酸化剤ガス
入口トンネル３７，出口トンネル３８を有し、この対向
する側面と異なる対向する側面との境界部４４に近接し
て電池スタック３５を収納している。

【００３４】境界部４４の電池スタック３５のリブ付セ
パレータ７には電池スタック３５の高さ方向にキー溝４
５を、また境界部４４に面する函体４３には函体４３の
高さ方向にキー溝４５に向い合うキー溝４６を設け、キ
ー溝４５と４６とにわたって棒状のキー４７が挿入され
ている。キー４７とキー溝４５，４６は図４に示す断面
形状を有し、キー溝４５と４６とは互いに向き合うＵ形
の溝であり、キー４７はキー溝４５と４６とで形成され
る溝の側面に嵌め合わせて挿入される。

【００３５】なお、キー溝４５と４６との断面形状は、
図５に示すようなコ形にしてもよい。また、キー溝はＶ
形や半円形でもよい。このような構造により、函体４３
と電池スタック３５との間のキー４７により区切られる
空間５０は電池スタック３５の対向する両側の側面から
排出される燃料ガスが流入する燃料ガス出口マニホール
ド、５１は電池スタック３５に酸化剤ガスを供給する酸
化剤ガス入口マニホールド、５２は電池スタック３５か
ら排出される酸化剤ガスが流入する酸化剤ガス出口マニ
ホールドとなる。

【００３６】ここで、リブ付セパレータ７の燃料ガスが
流れるガス流路は図６に示す形状を有し、リブ付セパレ
ータ７には中央部の燃料ガス入口マニホールド４１を囲
む燃料ガスの同心円状のガス流路３９を有し、最外側の
ガス流路３９に連通する燃料ガス出口トンネル４０を設
けている。なお、最外側のガス流路３９の土手部５３の
酸化剤入口，出口マニホールド５１，５２に面する部分
をカバーして円弧状の溝５４を設けている。この溝５４
には必要に応じセラミックス繊維やガラス等のシール材
を充填してリブ付セパレータ７と電解質基板との隙間か
ら酸化剤ガスが燃料ガスのガス流路に混入しないように
する。

【００３７】なお、燃料ガス入口マニホールド４１から
流入した燃料ガスは同心円状のガス流路３９と多孔質の
電解質基板とを流れて電解質／電極結合体に供給され、
電池反応後の燃料ガスは最外側のガス流路３９に連通す
る燃料出口トンネル４０から排出される。一方、リブ付
セパレータ７の酸化剤ガスが流れるガス流路は図７に示
す形状を有し、リブ付セパレータ７には中央部の燃料ガ
ス入口マニホールド４１を囲み酸化剤ガスが流れる同心
円状のガス流路３６と、この同心円状のガス流路３６に
それぞれ連通する半径方向のガス流路５５を設け、この
ガス流路５５に続いて酸化剤ガス入口マニホールド５１
及び酸化剤ガス出口マニホールド５２に臨み、酸化剤ガ
スが給排される酸化剤ガス入口と出口トンネル３７，３
８を設け、さらに燃料ガス出口マニホールド５０に面す
るリブ付セパレータ７の最外側のガス流路３９を形成す
る土手部５７に燃料ガス出口マニホールド５０をカバー
する溝５８を設け、前述と同じ充填材を充填する。この
充填材により燃料ガスが酸化剤ガスのガス流路に混入し
ないようにする。

【００３８】このような構成により、燃料ガスは中央部
の燃料ガス入口マニホールド４１に流入して、このマニ
ホールドから電池スタック３５の各電解質／電極結合体
１５のアノードに供給され、一方酸化剤ガスは酸化剤ガ
ス入口マニホールド５１に流入して電池スタック３５の
酸化剤ガス入口トンネル３７から各電解質／電極結合体
１５のカソードに供給され、電池反応を起こして発電す
る。電池反応をして排出される燃料ガスは電池スタック
３５の両側の燃料ガス出口トンネル４０から燃料ガス出
口マニホールド５０に集められ外部に排出される。一方
電池反応して排出される酸化剤ガスは酸化剤ガス出口マ
ニホールド５２に集められて酸化剤ガス出口トンネル３
８から外部に排出される。

【００３９】この際、燃料ガスの排出と酸化剤ガスの給
排時、キー４７とキー溝４５，４６との間の空間に給排
される燃料ガスと酸化剤ガスとの圧力より若干高い水蒸
気を供給することにより、燃料ガスと酸化剤ガスとの混
合は生じない。本実施例よる燃料ガスと酸化剤ガスとの
外部マニホールド方式の入口，出口マニホールドを電池
スタックと函体との間をキーで区切る空間とするのは、
固体電解質型燃料電池の他にリン酸型燃料電池，溶融炭
酸塩型燃料電池等においても同じ構造をとることによ
り、外部マニホールド方式の燃料ガス，酸化剤ガスの入
口，出口マニホールドとして使用できる。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば前述の構成により、電池スタックに供給する燃
料ガスと酸化剤ガスのマニホールドはキーを介して分離
されるので、従来の分離用のガラスの高さ方向の移動に
よるシールの不安定性や耐久性を改善し、またキーとキ
ー溝との間の空間に電池スタックに給排される燃料ガス
と酸化剤ガスの圧力より若干高いシールガスとしての水
蒸気を供給するので、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合を
防止できる。なお、水蒸気は燃料電池からの排気ガスか
ら回収するので、外部から別に水蒸気の補給を必要とし
ない。

【００４１】また、マニホールドにより酸化剤ガスを電
池スタックに供給しているので、酸化剤ガスを全量電池
スタックに供給でき、補機動力を減少できる。さらに排
気される燃料ガスと酸化剤ガスは分離しているので、燃
料ガスは燃焼せず、電池温度の局部的な上昇による熱応
力の増加を抑え、電池の寿命及び特性が向上する。

【００４２】また燃料ガス出口マニホールドからの排気
燃料ガスを回収できるので、燃料ガスのリサイクル運転
も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による固体電解質型燃料電池の
部分破砕斜視図

【図２】図１のリブ付セパレータの燃料ガスが流れる面
での横断面図

【図３】本発明の異なる実施例による固体電解質型燃料
電池の部分破砕斜視図

【図４】図３の電池スタックと函体とにわたって設けら
れるキー挿入部の部分断面図

【図５】図３の異なるキー挿入部の部分断面図

【図６】図３のリブ付セパレータの燃料ガスが流れる面
での横断面図

【図７】図３のリブ付セパレータの酸化剤ガスが流れる
面での横断面図

【図８】固体電解質型燃料電池の分解斜視図

【図９】図８と異なる固体電解質型燃料電池の分解斜視
図

【符号の説明】

４ 単電池 ７ リブ付セパレータ １５ 電解質／電極結合体 １８ 電池スタック ２０ 燃料ガス入口トンネル ２２ 酸化剤ガス入口トンネル ２３ 境界部 ２４ 函体 ２６ キー溝 ２７ キー溝 ２８ キー ３０ 燃料ガス入口マニホールド ３１ 燃料ガス出口マニホールド ３２ 酸化剤ガス入口マニホールド ３３ 酸化剤ガス出口マニホールド ３５ 電池スタック ３７ 酸化剤ガス入口トンネル ３８ 酸化剤ガス出口トンネル ４０ 燃料ガス出口トンネル ４１ 燃料ガス入口マニホールド ４３ 函体 ４４ 境界部 ４５ キー溝 ４６ キー溝 ４７ キー ５０ 燃料ガス出口マニホールド ５１ 酸化剤ガス入口マニホールド ５２ 酸化剤ガス出口マニホールド

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単電池とセパレータとを積層してなり、対
   向する側面に単電池に供給する燃料ガスの流路の開口及
   びこの対向する側面と異なる対向する側面に単電池に供
   給する酸化剤ガスの流路の開口を備える電池スタック
   と、前記対向する側面と異なる対向する側面との境界部
   に接して電池スタックを収納する函体と、前記境界部に
   電池スタックと函体とにわたって設けられるキー溝に挿
   入されるキーとを備え、キーとキー溝との間の空間に単
   電池に供給する燃料ガスと酸化剤ガスの圧力より若干高
   い圧力のシールガスを供給し、電池スタックと函体との
   間のキーで区切られる空間を燃料ガス又は酸化剤ガスを
   給排するマニホールドとしたことを特徴とする燃料電池
   のマニホールド。
2. 【請求項２】請求項１記載のものにおいて、燃料ガスの
   流路の開口は、電池スタックの対向する側面の一方を流
   路入口、他方を流路出口とし、あるいは電池スタックの
   中央部に貫通して設けられた流路から燃料ガスが単電池
   に供給される場合、対向する側面の両側を流路出口と
   し、燃料ガスの流路入口に面するマニホールドを燃料ガ
   ス入口マニホールド、流路出口に面するマニホールドを
   燃料ガス出口マニホールドにし、一方、酸化剤ガスの流
   路の開口は、電池スタックの対向する側面の一方を流路
   入口、他方を流路出口とし、流路入口に面するマニホー
   ルドを酸化剤ガス入口マニホールド、流路出口に面する
   マニホールドを酸化剤ガス出口マニホールドとしたこと
   を特徴とする燃料電池のマニホールド。
3. 【請求項３】請求項１記載のものにおいて、シールガス
   は水蒸気であることを特徴とする燃料電池のマニホール
   ド。
4. 【請求項４】請求項３記載のものにおいて、水蒸気は、
   電池反応により生成された水を含む燃料電池からの排気
   ガスから回収した水を燃料電池からの排熱により加熱し
   て得られたことを特徴とする燃料電池のマニホールド。