JPH11224684A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セル集合体を設置対象物に対して設置するた
めの構成を簡略化する。 【解決手段】 セル集合体ＮＣの複数のセルＣ’の酸素
含有ガス流路ｓ夫々に連通する、又は、燃料ガス流路ｆ
夫々に連通するガス通路Ｘにガスを供給するための、又
は、ガス通路Ｘからガスを排出させるための接続管Ｐ
が、セル集合体ＮＣにおけるセル並び方向の一端側にお
いてガス通路Ｘに接続され、セル集合体ＮＣにおけるセ
ル並び方向の両端部に、電力取り出し用の端子部Ｌが設
けられた燃料電池において、セル集合体ＮＣをそれが設
置される設置対象物に対して間隔を隔てて保持するため
の間隔保持部材１７が、セル集合体ＮＣにおけるセル並
び方向の一端側にセル集合体ＮＣと一体的に設けられ、
接続管Ｐが、間隔保持部材１７におけるセル並び方向で
のセル集合体ＮＣ側とは反対側の端部よりもセル集合体
ＮＣ側に位置するように配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解質層の一方の
面に酸素極を備え且つ他方の面に燃料極を備えた燃料電
池のセルの複数が、前記酸素極側に酸素含有ガス流路が
形成され且つ前記燃料極側に燃料ガス流路が形成される
状態で、且つ、隣合うもの同士が導電状態に接続される
状態で、互いに間隔を隔てて厚み方向に並置され、並び
に、前記酸素含有ガス流路夫々に連通する、又は、前記
燃料ガス流路夫々に連通するガス通路が設けられて、セ
ル集合体が形成され、前記ガス通路にガスを供給するた
めの、又は、前記ガス通路からガスを排出させるための
接続管が、前記セル集合体におけるセル並び方向の一端
側において前記ガス通路に接続され、前記セル集合体に
おける前記セル並び方向の両端部に、電力取り出し用の
端子部が設けられた燃料電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる燃料電池において、従来は、図１
４に示すように、セル集合体ＮＣにおけるセル並び方向
の一端側を支持するとともに、ガス通路Ｘを区画する平
板状の支持板３５を設け、ガス通路Ｘにガスを供給する
ための、又は、ガス通路Ｘからガスを排出させるための
接続管Ｐは、その平板状の支持板３５を介してガス通路
Ｘに接続していた。尚、図１４中のＣ’は、固体電解質
層１の一方の面に酸素極２を備え且つ他方の面に燃料極
３を備えた燃料電池のセルであり、そのセルＣ’の酸素
極２側に、酸素含有ガス流路ｓを形成すべく導電性セパ
レータ４を付設してある。ガス通路Ｘは、酸素含有ガス
流路ｓ夫々に連通するように形成してある。又、図１４
中のＬは、板状の支持部材１３と、その支持部材１３の
一方の面に密着配置される導電性を備えた集電板１１
と、支持部材１３の他方の面に密着配置される電力取出
板１４と、集電板１１及び電力取出板１４を導電状態に
接続するとともにそれらを支持部材１３に固着する導電
性を備えたボルト１５とから構成した端子部であり、そ
の端子部Ｌを、柔軟性導電材１２を介して、セルＣ’に
導電状態で接続するように設けてある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
燃料電池では、セル集合体を設置対象物に対して設置す
る場合、接続管Ｐが邪魔になるため、例えば、セル集合
体ＮＣの支持板３５と設置対象物との間に接続管Ｐを逃
がすための空間を形成すべく、設置対象物に、上方に突
出する載置部を設ける必要がある等、セル集合体を設置
対象物に対して設置するための構成が複雑になるという
問題があった。

【０００４】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、セル集合体を設置対象物に対し
て設置するための構成を簡略化することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の特徴構
成によれば、セル集合体をそれが設置される設置対象物
に対して間隔を隔てて保持するための間隔保持部材が、
セル集合体におけるセル並び方向の一端側にセル集合体
と一体的に設けられ、接続管が、間隔保持部材における
セル並び方向でのセル集合体側とは反対側の端部よりも
セル集合体側に位置するように配置されている。そこ
で、セル集合体を設置対象物に設置する際には、接続管
は、間隔保持部材によってセル集合体と設置対象物との
間に形成される空間内に位置することになるので、邪魔
にはならない。従って、セル集合体を設置対象物に設置
する際には、設置対象物に接続部を逃がすための対策を
講じる必要がないので、従来に比べて、セル集合体を設
置対象物に対して設置するための構成を簡略化すること
ができるようになった。

【０００６】請求項２に記載の特徴構成によれば、金属
材にて構成される接続管が、ガス通路を形成するセラミ
ック材から成るガス通路形成部材に、互いの熱膨張が許
容される状態で且つ気密状態で接続されている。そこ
で、金属材にて構成される接続管の端部を、金属材にて
構成されるガス供給源又はガス排出先に接続する場合、
互いに熱膨張率が同一又は略同一の金属同士で接続する
ことができ、その接続においては熱膨張の差を考慮する
必要がないので、簡単に接続することができる。

【０００７】つまり、燃料電池の運転時にはセル集合体
は高温になるので、ガス通路形成部材はセラミック材に
て構成され、一方、ガス通路にガスを供給するためのガ
ス供給源やガス通路からガスを排出させるためのガス排
出先は、一般には金属材にて構成される。そこで、接続
管を金属材にて構成するとともに、接続管とガス通路形
成部材とを互いの熱膨張が許容される状態で且つ気密状
態で接続することにより、運転時における接続管とガス
通路形成部材との熱膨張の状態が互いの熱膨張率の差に
よって異なっても、応力の発生を防止して、破損やガス
漏洩といった不具合の発生を防止できるようにしなが
ら、接続管とガス供給源やガス排出先との接続作業を、
金属同士で容易に行えるようにしているのである。ちな
みに、接続部をセラミック材にて構成すると、接続部を
金属材にて構成されるガス供給源やガス排出先と接続す
るときには、互いに熱膨張の差を吸収して応力の発生を
防止するための対策を講じる必要があるので、接続作業
が複雑になる。従って、請求項２に記載の特徴構成によ
れば、接続管とガス通路形成部材との接続部における破
損やガス漏洩を防止しながら、接続管とガス供給源やガ
ス排出先との接続作業を簡略化することができるように
なった。

【０００８】請求項３に記載の特徴構成によれば、ガス
通路形成部材に、接続管におけるガス通路に接続される
ガス通路側端部をその熱膨張を許容する状態で挿通する
ための孔が設けられ、接続管におけるガス通路側端部
に、その孔よりも大きい鍔が設けられ、接続管における
ガス通路側端部が、鍔をガス通路形成部材のガス通路内
方側に位置させた状態で孔に挿通されているので、運転
に伴って、接続管が昇温しても、接続管は孔に規制され
ることなく膨張することができる。又、鍔をガス通路形
成部材側に押圧する押圧部材が、鍔とガス通路形成部材
との間、又は、鍔と押圧部材との間に、シール部材を介
在させた状態で設けられているので、鍔の熱膨張を許容
しながら、鍔とガス通路形成部材との間、又は、鍔と押
圧部材の間をシール部材によって気密封止することがで
きる。

【０００９】つまり、金属材にて構成される接続管を、
ガス通路を形成するセラミック材から成るガス通路形成
部材に、互いの熱膨張が許容される状態で且つ気密状態
で接続することができるようにしながら、接続管がガス
通路形成部材から抜けるのを防止することができるの
で、接続管とガス通路形成部材との接続部の信頼性を向
上させることができる。従って、請求項２に記載の特徴
構成を実施するための好ましい具体構成を提供すること
ができる。

【００１０】請求項４に記載の特徴構成によれば、間隔
保持部材はセラミック材から成るので、そのセラミック
材から成る間隔保持部材の熱膨張率をセル集合体を構成
するセラミック材の熱膨張率と同一又は略同一に設定す
ることができ、間隔保持部材をセル集合体に対して、固
定的に接合することができる。又、間隔保持部材に、接
続管をその熱膨張を許容する状態でセル並び方向と交差
する方向に沿って挿通する孔が設けられているので、接
続管を間隔保持部材の孔に挿通することにより、間隔保
持部材によって、接続管をその熱膨張を許容し且つその
動きを可及的に規制する状態で、支持することができ
る。従って、接続管とガス通路形成部材との接続部に力
が作用するのを抑制することができるので、接続管とガ
ス供給源やガス排出先との接続作業を容易に行うことが
できるとともに、接続管とガス通路形成部材との接続部
における耐久性を向上することができる。

【００１１】請求項５に記載の特徴構成によれば、接続
管に、間隔保持部材との接当によって、セル並び方向と
交差する方向での接続管の位置決めを行う接当部が設け
られているので、接続管におけるセル並び方向と交差す
る方向での動きを規制することができる。従って、接続
管とガス通路形成部材との接続部に力が作用するのを一
層抑制することができるので、接続管とガス供給源やガ
ス排出先との接続作業を一層容易に行うことができると
ともに、接続管とガス通路形成部材との接続部における
耐久性を一層向上することができる。

【００１２】請求項６に記載の特徴構成によれば、接続
管を通じて箱状体に供給されたガスは、複数のセル夫々
の酸素含有ガス流路又は燃料ガス流路の開口部に対向す
るガス噴射孔から、複数のセル夫々の酸素含有ガス流路
又は燃料ガス流路の開口部に噴出供給されるので、複数
の酸素含有ガス流路又は燃料ガス流路に対するガス供給
量のバラツキを小さくすることができて、発電効率を向
上させることができる。又、接続管は、ガス通路形成部
材を熱膨張が許容される状態で且つ気密状態で貫通して
いるので、運転時における接続管とガス通路形成部材と
の熱膨張の状態が互いの熱膨張率の差によって異なって
も、応力の発生を防止することができる。又、箱状体は
金属製であるので、その加工が容易であるとともに、箱
状体と接続管との接続は金属同士にて溶接等により簡単
に行うことができる。従って、コストアップを可及的に
抑制しながら、且つ、ガス通路形成部材と接続管との接
続部分における破損やガス漏洩といった不具合の発生を
防止しながら、発電効率を向上させることができるよう
になった。

【００１３】請求項７に記載の特徴構成によれば、請求
項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池をスタックユ
ニットとするように構成され、そのスタックユニットの
複数が、隣合うもの同士が隣合う端子部同士で導電状態
に接続される状態で、且つ、隣合うもの同士が間隔保持
部材によって間隔を隔てて保持される状態で並置されて
いる。スタックユニットの複数を並置するときには、接
続管は、間隔保持部材によって隣接スタックユニットと
の間に形成される空間内に位置することになるので、接
続管が邪魔になること無く、スタックユニットの複数を
並置することができる。

【００１４】又、スタックユニット単位で、ガス通路を
用いてスタックユニットの複数のセル夫々の酸素含有ガ
ス流路に酸素含有ガスを供給したり、酸素含有ガス流路
から酸素含有ガスを排出させたり、又は、スタックユニ
ットの複数のセル夫々の燃料ガス流路に燃料ガスを供給
したり、燃料ガス流路から燃料ガスを排出させたりする
とともに、端子部によって出力電力を測定して、発電検
査を行うことができる。そして、その発電検査で初期の
性能が得られた良品のスタックユニットを用いて、燃料
電池を構成することができる。スタックユニットを構成
するセルの数は、燃料電池を構成する全セルの数に比べ
て少ないので、スタックユニットの良品率を、燃料電池
を構成する全セルを一挙に上述のように並置して燃料電
池を形成する場合の燃料電池の良品率に比べて、高くす
ることができる。又、スタックユニットの発電検査で所
期の性能が得られない場合でも、スタックユニットを構
成するセルの数は燃料電池を構成する全セルの数よりも
少ないので、燃料電池を構成する全セルを一挙に並置し
て燃料電池を形成する場合に比べて、不良セルや不具合
箇所の特定は簡単になり、しかも、不良セルの交換作業
及び不具合箇所の補修作業も簡単になる。従って、燃料
電池の生産歩留りを向上させることができるとともに、
不良セルの交換作業及び不具合箇所の補修作業を簡単に
行えること、及び、複数のスタックユニットの並置を簡
単に行えることが相まって、燃料電池の生産性を向上さ
せることができるようになった。

【００１５】又、複数のスタックユニットを用いて燃料
電池を構成する場合、発電検査を行ったり、燃料電池を
構成するスタックユニットの一部を交換したりするため
に、接続管とガス供給源やガス排出先との接続作業を繰
り返し行う場合がある。このような場合、特に、請求項
３、請求項４又は請求項５記載の燃料電池をスタックユ
ニットとするものでは、接続管とガス通路形成部材との
接続部の信頼性に優れ、又、その接続部に力が作用する
のを抑制することができるので、接続管とガス供給源や
ガス排出先との接続作業を容易に行うことができるとと
もに、ガス通路形成部材と接続管との接続部における耐
久性を向上することができるので、好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕以下、図１ない
し図９に基づいて、本発明の第１の実施の形態を説明す
る。図１ないし図５に示すように、固体電解質層１の一
方の面に酸素極２を備え且つ他方の面に燃料極３を備え
た燃料電池のセルＣ’の複数を、酸素極２側に酸素含有
ガス流路ｓが形成され且つ燃料極３側に燃料ガス流路ｆ
が形成される状態で、且つ、隣合うもの同士が導電状態
に接続される状態で、互いに間隔を隔てて厚み方向に並
ぶ状態で並置し、酸素含有ガス流路ｓ夫々に連通する２
個の酸素側ガス通路Ｘ、及び、燃料ガス流路ｆ夫々に連
通する１個の燃料側ガス通路Ｙを設けて、セル集合体Ｎ
Ｃを形成してある。

【００１７】一方の酸素側ガス通路Ｘに酸素含有ガスを
供給するための接続管Ｐ、他方の酸素側ガス通路Ｘから
酸素含有ガスを排出させるための接続管Ｐ、及び、燃料
側ガス通路Ｙに燃料ガスを供給するための接続管Ｐの夫
々を、セル集合体ＮＣにおけるセル並び方向の一端側に
おいて各ガス通路に接続し、セル集合体ＮＣにおけるセ
ル並び方向の両端部に、電力取り出し用の端子部Ｌを設
けて、スタックユニットＣＭを形成してある。

【００１８】そして、本発明においては、スタックユニ
ットＣＭにおいて、セル集合体ＮＣをそれが設置される
設置対象物に対して間隔を隔てて保持するための間隔保
持部材１７を、セル集合体ＮＣにおけるセル並び方向の
一端側にセル集合体ＮＣと一体的に設け、接続管Ｐを、
間隔保持部材１７におけるセル並び方向でのセル集合体
ＮＣ側とは反対側の端部よりもセル集合体ＮＣ側に位置
するように配置してある。

【００１９】そして、図７ないし図９に示すように、ス
タックユニットＣＭの複数を、隣合うもの同士が隣合う
端子部Ｌ同士で導電状態に接続される状態で、且つ、隣
合うもの同士が間隔保持部材１７によって間隔を隔てて
保持される状態で並置して燃料電池を構成してある。

【００２０】先ず、図１に基づいて、燃料電池のセル
Ｃ’について説明する。平面形状が矩形板状の固体電解
質層１の一方の面に、固体電解質層１における向かい合
う一対の側縁夫々に側縁全長にわたる電解質層露出部１
ａを形成する状態で、膜状又は板状の酸素極２を一体的
に貼り付け、且つ、他方の面に膜状又は板状の燃料極３
を、全面又はほぼ全面にわたって一体的に貼り付けて、
酸素極２と燃料極３とから起電力を得るための矩形三層
板状のセルＣ’を形成してある。

【００２１】そして、セルＣ’における酸素極２側に、
酸素含有ガス流路ｓを形成すべく、導電性セパレータ４
を付設して、セパレータ付セルＣを形成してある。

【００２２】更に説明を加えると、導電性セパレータ４
は、板状部４ａと、その板状部４ａの両端に夫々位置す
る一対の帯状突起部４ｂと、それら一対の帯状突起部４
ｂの間に位置する複数の凸条部４ｃを備える状態で導電
性材料にて一体形成してある。その導電性セパレータ４
を、複数の凸条部４ｃ夫々がセルＣ’の酸素極２と接触
する状態で、一対の帯状突起部４ｂ夫々を両電解質層露
出部１ａ夫々に貼り付けることにより、セパレータ付セ
ルＣを形成してある。そして、酸素極２と導電性セパレ
ータ４とを導電状態に接続するとともに、酸素極２と導
電性セパレータ４との間に、セパレータ付セルＣにおけ
る一方の向かい合う一対の端面において開いた酸素含有
ガス流路ｓを形成してある。つまり、セパレータ付セル
Ｃは、導電性セパレータ４によって、一方の向かい合う
一対の端面が酸素含有ガス流路ｓが開いた開口端面とな
り、他方の向かい合う一対の端面が酸素含有ガス流路ｓ
が閉じた閉塞端面となるように構成してある。尚、以下
の説明においては、セパレータ付セルＣにおいて、酸素
含有ガス流路ｓが開いた端縁を開口端縁、酸素含有ガス
流路ｓが開いた端面を開口端面、及び、酸素含有ガス流
路ｓが閉じた端面を閉塞端面と夫々略記する。

【００２３】導電性セパレータ４、固体電解質層１及び
燃料極３の４箇所の角部は、切り落とした形状の傾斜状
にしてあり、これによって、詳しくは後述するが、セパ
レータ付セルＣの閉塞端面の両端部夫々に、傾斜部Ｃｓ
を形成してある。固体電解質層１は、３〜１０モル％程
度のＹ₂ Ｏ₃ を固溶させた正方晶又は立方晶のＺｒＯ₂
から成り、酸素極２はＬａＭｎＯ₃ から成り、燃料極３
はＮｉとＺｒＯ₂ のサーメットから成る。又、導電性セ
パレータ４は、酸化と還元とに対する耐性に優れたＬａ
ＣｒＯ₃から成る。

【００２４】以下、図２ないし図６に基づいて、上述の
ように形成したセパレータ付セルＣを用いて形成したス
タックユニットＣＭについて説明を加える。複数のセパ
レータ付セルＣを、夫々が一対のセル保持部材５にて保
持される状態で厚み方向に並置し、セル並び方向の両端
部夫々に、端部のセパレータ付セルＣと導電状態で接続
する状態で端子部Ｌを設けてスタックユニットＣＭを形
成してある。

【００２５】セル保持部材５は、矩形板状の外径形状に
形成するとともに、セパレータ付セルＣの開口端縁を入
れる切り込み部５ａと、その切り込み部５ａに臨み、且
つ、セル保持部材５の厚さ方向に貫通する孔５ｂを形成
してある。切り込み部５ａには、その切り込み部５ａに
入れられるセパレータ付セルＣの開口端縁の両端夫々に
隣接する閉塞端面に夫々密着させる一対の当て付け面５
ｃを備えさせてあり、又、切り込み部５ａは、セパレー
タ付セルＣの厚さと略同一深さに形成してある。更に、
一対の当て付け面５ｃを、セル保持部材５の厚さ方向視
において、セパレータ付セルＣの開口端縁から離間する
ほど互いに近接する傾斜状に形成してあり、その傾斜状
の当て付け面５ｃに密着させることが可能なように、セ
パレータ付セルＣの閉塞端面の両端夫々に、傾斜部Ｃｓ
を形成してある。

【００２６】又、セル保持部材５における切り込み部５
ａを形成した端面には、後述する燃料側ガス通路Ｙ形成
用の凹溝５ｄを形成してある。

【００２７】複数のセパレータ付セルＣを、夫々の燃料
極３を切り込み部５ａの外側に向けて、夫々の両側の開
口端縁夫々を一対のセル保持部材５夫々の切り込み部５
ａに入れた状態で、一対のセル保持部材５に保持させて
厚み方向に並置し、並びに、セル並び方向に隣接するセ
パレータ付セルＣ間に、気体の通流を許容する状態に形
成した柔軟性導電材７を充填してある。更に、セル並び
方向の両端夫々には、一対のセル保持部材５夫々に夫々
重ねる状態で、一対のセル保持部材８を設けてある。セ
ル保持部材８は、セル並び方向視における外形形状が、
セル保持部材５と同様となる矩形板状に形成するととも
に、セル並び方向視において、セル保持部材５の孔５ｂ
に重なる状態で孔８ｂを、及び、凹溝５ｄに重なる状態
で凹溝８ｄを夫々形成してある。

【００２８】セパレータ付セルＣの開口端縁をセル保持
部材５の切り込み部５ａに入れる際には、セル保持部材
５をセパレータ付セルＣの開口端縁に対して押し付ける
ことにより、セパレータ付セルＣの両側の閉塞端面の傾
斜部Ｃｓ夫々に、当て付け面５ｃを夫々密着させる。

【００２９】つまり、切り込み部５ａを形成することに
より残されたセル保持部材５の厚みが薄い薄肉部分５ｅ
により、セル並び方向に隣接するセパレータ付セルＣ間
の間隔を保持し、その薄肉部分５ｅにより隣接セパレー
タ付セルＣ間の両側面を仕切ることにより、セパレータ
付セルＣ間に燃料ガス流路ｆを形成し、柔軟性導電材７
により、セル並び方向に隣接するセパレータ付セルＣを
導電状態に接続している。又、セパレータ付セルＣにお
ける酸素含有ガス流路ｓが開いた開口端部の周部に、そ
のセパレータ付セルＣを入れているセル保持部材５の薄
肉部分５ｅ及び一対の当て付け面５ｃ、並びに、隣接す
るセル保持部材５の裏面をシール材を介在させた状態で
密着させることにより、酸素含有ガス流路ｓと燃料ガス
流路ｆとを気密状態に仕切ってある。燃料ガス流路ｆ
は、セパレータ付セルＣの両方の開口端面側において閉
じてあり、セパレータ付セルＣの両方の閉塞端面側にお
いて開けてある。

【００３０】又、セル保持部材５夫々の凹溝５ｄ及びセ
ル保持部材８夫々の凹溝８ｄをセル積層方向に一連に連
ならせて、後述する燃料側ガス通路Ｙ形成用の凹溝Ｍを
一対形成してある。

【００３１】端子部Ｌは、電気絶縁性を備えた板状の支
持部材１３と、その支持部材１３の一方の面に密着配置
される導電性を備えた集電板１１と、支持部材１３の他
方の面に密着配置される電力取出板１４と、集電板１１
及び電力取出板１４を導電状態に接続するとともにそれ
らを支持部材１３に固着する導電性を備えたボルト１５
とから構成してある。

【００３２】支持部材１３は、一対のセル保持部材８間
にわたり且つそれらの略全面に重なる大きさの矩形板状
に形成し、両端夫々が一対の凹溝Ｍ夫々に重なるスリッ
ト１３ｂを形成してある。

【００３３】集電板１１及び出力取出板１４を設けた支
持部材１３を、集電板１１がセパレータ付セルＣに向か
い合うとともに、それら集電板１１とセパレータ付セル
Ｃとの間に導電性フェルト材１２を充填した状態で、一
対のセル保持部材８に重ねて設けてある。更に、金属製
の板状体１６を、その周縁を一対の凹溝Ｍ及び一対のス
リット１３ｂに差し込んだ状態で設けてある。

【００３４】上述のようにして複数のセパレータ付セル
Ｃを厚み方向に並置することにより、セル並び方向に並
ぶ複数のセル保持部材５夫々の孔５ｂ及び複数のセル保
持部材８夫々の孔８ｂが一連に連なって、酸素ガス流路
ｓ夫々に連通する通路が形成され、その通路におけるセ
ル並び方向の両端部夫々を支持部材１３により閉じるこ
とにより、酸素含有ガス流路ｓ夫々に連通する酸素側ガ
ス通路Ｘの２個を区画形成してある。又、セル並び方向
に並ぶ複数のセル保持部材５及び複数のセル保持部材８
によって形成される一対の壁部、板状体１６及び一対の
支持部材１３により、燃料ガス流路ｆ夫々に連通する燃
料側ガス通路Ｙを区画形成してある。従って、支持部材
１３が、酸素側ガス通路Ｘ及び燃料側ガス通路Ｙを区画
形成するガス通路形成部材として機能する。

【００３５】以上により、スタックユニットＣＭに、酸
素含有ガス流路ｓ夫々に連通する酸素側ガス通路Ｘの２
個、及び、燃料ガス流路ｆ夫々に連通する燃料側ガス通
路Ｙの１個を設けてあり、一方の酸素側ガス通路Ｘを供
給用酸素側ガス通路Ｘｉとして、他方の酸素側ガス通路
Ｘを排出用酸素側ガス通路Ｘｉとして、及び、燃料側ガ
ス通路Ｙを供給用燃料側ガス通路Ｙｉとして夫々使用す
る。

【００３６】更に、一方の支持部材１３には、酸素側ガ
ス通路Ｘ及び燃料側ガス通路Ｙの夫々に夫々臨む３個の
孔１３ａを形成してあり、各孔１３ａ夫々に対して、各
孔１３ａよりもセル並び方向と交差する方向に外側に位
置させて、セル並び方向におけるガス通路外方側に突出
する状態で、間隔保持部材１７をシール材にて接合して
ある。間隔保持部材１７には、セル並び方向と交差する
方向に貫通する孔１７ａを形成してある。

【００３７】柔軟性導電材７及び導電性フェルト材１２
は、耐熱性、耐還元性に優れたＮｉのフェルト状材から
成り、気体の通流を許容する状態に形成してある。又、
セル保持部材５及びセル保持部材８は、耐熱性及び電気
絶縁性を備えたセラミック材から成る。支持部材１３及
び間隔保持部材１７は、熱膨張率がセル保持部材５，８
と同一又は略同一となるように、例えば、セル保持部材
５，８と同じ材料で形成して、それらとの熱膨張の差を
無くして、熱応力が発生するのを抑制している。又、集
電板１１、出力取り出し板１４及びボルト１５は、Ｎｉ
から成る。又、前記シール材は、ガラス材あるいはセラ
ミック材を主成分にして成り、耐熱性及び電気絶縁性を
備え、１０００°Ｃ程度に加熱することにより、接着作
用するととも気密性を備えるように構成してある。

【００３８】接続管Ｐについて説明を加える。図６にも
示すように、接続管Ｐは、支持部材１３の孔１３ａより
も大きい鍔１８ｆを備え且つ外径が支持部材１３の孔１
３ａよりもやや小さく、鍔１８ｆを支持部材１３のガス
通路内方側に位置させて支持部材１３の孔１３ａに熱膨
張が許容される状態で挿通されるガス通路側管部１８
と、外径が間隔保持部材１７の孔１７ａよりもやや小さ
くて孔１７ａに熱膨張が許容される状態で挿通される挿
通管部１９と、それらガス通路側管部１８と挿通管部１
９とを接続する屈曲状の接続管部２０と、挿通管部１９
における接続管部２０との接続側とは反対側の端部に接
続される蛇腹状の可撓性管部２１を備えて構成してあ
る。ガス通路側管部１８、挿通管部１９、接続管部２０
及び可撓性管部２１はいずれも金属製であり、それら各
管部は互いに溶接等により接続してある。そして、それ
らガス通路側管部１８、接続管部２０、挿通管部１９及
び可撓性管部２１を接続することにより形成した接続管
Ｐを、間隔保持部材１７におけるセル並び方向でのセル
集合体ＮＣ側とは反対側の端部よりもセル集合体ＮＣ側
に位置するように配置してある。

【００３９】支持部材１３の孔１３ａに挿通された状態
のガス通路側管部１８の鍔１８ｆを支持部材１３側に押
圧する押圧部材２２を、鍔１８ｆと押圧部材２２との間
に、シール部材としてのセラミックパッキン２３及び柔
軟性シール材２４を介在させた状態で設けてある。押圧
部材２２は、熱膨張率が支持部材１３と同一又は略同一
になるように、例えば、支持部材１３と同じ材料で形成
して、ガス通路側管部１８を熱膨張を許容する状態で挿
入可能な孔２２ａと、その孔２２ａの周囲に形成されて
ガス通路側管部１８の鍔１８ｆを熱膨張を許容する状態
で入れることが可能な凹部２２ｂとを備えさせてある。
そして、その押圧部材２２を、孔２２ａにガス通路側管
部１８を挿入し、且つ、凹部２２ｂ内に鍔１８ｆを入れ
るとともにセラミックパッキン２３及び柔軟性シール材
２４を充填した状態で、前記シール材によって凹部２２
ｂの全周にわたって支持部材１３のガス通路内方側に気
密状に接合してある。柔軟性シール材２４は、例えばガ
ラスから成り、燃料電池の動作温度で柔軟性を有する。
セラミックパッキン２３は、繊維状のアルミナを用いて
シート状に形成した材料にて形成してある。

【００４０】つまり、接続管Ｐは金属材にて形成してあ
り、その金属製の接続管Ｐを、ガス通路形成としての支
持部材１３に、互いの熱膨張が許容される状態で且つ気
密状態で接続してある。

【００４１】更に、接続管Ｐの挿通管部１９には、間隔
保持部材１７の孔１７ａよりも大きくて、間隔保持部材
１７におけるガス通路側管部１８側に接当する鍔１９ｆ
を備えさせてある。つまり、鍔１９ｆは、間隔保持部材
１７との接当によって、セル並び方向と交差する方向で
の接続管Ｐの位置決めを行う接当部として機能する。こ
の鍔１９ｆによって、接続管Ｐにおける可撓性管部２１
側への移動が規制される。従って、接続管Ｐをガス供給
源やガス排出先に接続する作業を行う際には、可撓性管
部２１の可撓性、及び、鍔１９ｆによる可撓性管部２１
側への移動規制によって、接続管Ｐと支持部材１３との
接続部に力がかかるのが抑制される。

【００４２】次に、スタックユニットＣＭの発電検査を
行う方法について説明する。図３に示すように、上述の
ように形成したスタックユニットＣＭを検査用箱状体Ｂ
ｑの内部に設ける。セパレータ付セルＣ夫々の燃料ガス
流路ｆは検査用箱状体Ｂｑの内部空間に対して開いた状
態となっている。そして、検査用箱状体Ｂｑの内部空間
を、燃料ガス流路ｆ夫々に連通する排出用燃料側ガス通
路Ｙｅとして使用するように構成してある。

【００４３】そして、供給用酸素側ガス通路Ｘｉに接続
された接続管Ｐを通じて供給用酸素側ガス通路Ｘｉ内に
酸素含有ガスとしての空気を通流させて、セパレータ付
セルＣ夫々の酸素含有ガス流路ｓに空気を供給し、一
方、供給用燃料側ガス通路Ｙｉに接続された接続管Ｐを
通じて供給用燃料側ガス通路Ｙｉ内に燃料ガスを通流さ
せて、セパレータ付セルＣ夫々の燃料ガス流路ｆに燃料
ガスを供給して、セルＣ’夫々にて発電させ、両側の端
子部Ｌから電力を取り出すことにより、発電検査を行
う。

【００４４】次に、図７ないし図９に基づいて、燃料電
池の全体構成について説明する。上述のように形成した
スタックユニットＣＭの複数を、隣合うもの同士が隣合
う端子部Ｌ同士で導電状態に接続される状態で、且つ、
隣合うもの同士が間隔保持部材１７によって間隔を隔て
て保持される状態で並置する。説明を加えると、複数の
スタックユニットＣＭを、間隔保持部材１７が下方に位
置する状態で、下方のスタックユニットＣＭの上側の支
持部材１３上に上方のスタックユニットＣＭを間隔保持
部材１７にて設置する状態で、基台２５上に積み重ね
る。隣合うスタックユニットＣＭにおける隣合う端子部
Ｌの出力取出板１４同士を、スタックユニットＣＭの外
部で、Ｎｉから成る接続部材２６にて電気的に接続する
ことにより、複数のスタックユニットＣＭを電気的に直
列接続してある。更に、上述のように並置した複数のス
タックユニットＣＭを内装する状態で、有底角筒状体２
７を基台２５上に設置してある。つまり、基台２５、有
底角筒状体２７により箱状体Ｂを形成してあり、その箱
状体Ｂの内部空間を、各スタックユニットＣＭにおける
複数のセパレータ付セルＣ夫々の燃料ガス流路ｆに連通
する排出用燃料側ガス通路Ｙｅとして使用するように構
成してある。

【００４５】各スタックユニットＣＭの供給用酸素側ガ
ス通路Ｘｉに接続された接続管Ｐの可撓性管部２１夫々
を空気供給管２８に接続し、各スタックユニットＣＭの
排出用酸素側ガス通路Ｘｅに接続された接続管Ｐの可撓
性管部２１夫々を空気排出管２９に接続し、各スタック
ユニットＣＭの供給用燃料側ガス通路Ｙｉに接続された
接続管Ｐの可撓性管部２１夫々を燃料供給管３０に接続
し、燃料ガス排出管３１を有底角筒状体２７を介して箱
状体Ｂの内部に連通するように接続してある。尚、空気
供給管２８、空気排出管２９及び燃料供給管３０夫々
は、有底角筒状体２７を気密状態で貫通させて、箱状体
Ｂの内部に挿入してある。

【００４６】〔第２実施形態〕以下、図１０に基づい
て、本発明の第２の実施の形態を説明する。上述の第１
実施形態においては、複数のスタックユニットＣＭを用
いて燃料電池を構成する場合について例示したが、本第
２実施形態においては、１個のスタックユニットＣＭを
用いて燃料電池を構成する。つまり、燃料電池を構成す
る全セパレータ付セルＣを用いて、上述の第１実施形態
と同様にスタックユニットＣＭを構成し、そのスタック
ユニットＣＭを基台２５上に設置するとともに、スタッ
クユニットＣＭを内装する状態で有底角筒状体２７を基
台２５上に設置してある。そして、基台２５及び有底角
筒状体２７にて形成される箱状体Ｂの内部空間を、複数
のセパレータ付セルＣ夫々の燃料ガス流路ｆに連通する
排出用燃料側ガス通路Ｙｅとして使用するように構成し
てある。

【００４７】又、スタックユニットＣＭの供給用酸素側
ガス通路Ｘｉに接続された接続管Ｐの可撓性管部２１夫
々を空気供給管２８に接続し、排出用酸素側ガス通路Ｘ
ｅに接続された接続管Ｐの可撓性管部２１夫々を空気排
出管２９に接続し、供給用燃料側ガス通路Ｙｉに接続さ
れた接続管Ｐの可撓性管部２１夫々を燃料供給管３０に
接続し、燃料ガス排出管３１を有底角筒状体２７を介し
て箱状体Ｂの内部に連通するように接続してある。尚、
空気供給管２８、空気排出管２９及び燃料供給管３０夫
々は、有底角筒状体２７を気密状態で貫通させて、箱状
体Ｂの内部に挿入してある。

【００４８】〔別実施形態〕次に別実施形態を説明す
る。 （イ） 図１１に示すように、供給用燃料側ガス通路Ｙ
ｉの内部に、複数のセパレータ付セルＣ夫々の燃料ガス
流路ｆの開口部に対向するガス噴射孔３２ａを備えた金
属製の箱状体３２を設け、接続管Ｐを、ガス通路形成部
材としての支持部材１３を熱膨張が許容される状態で且
つ気密状態で貫通させて、箱状体３２に接合してもよ
い。尚、箱状体３２にガス噴射孔３２ａを備えさせるに
当たっては、複数の燃料ガス流路ｆ夫々について、複数
のガス噴射孔３２ａが燃料ガス流路ｆの開口部の幅方向
に沿って並ぶように備えさせてある。又、図示は省略す
るが、供給用酸素側ガス通路Ｘｉの内部にも、同様に箱
状体３２を設けてもよい。

【００４９】（ロ） 図１２及び図１３に示すように、
供給用酸素側ガス通路Ｘｉに対して、複数の接続管Ｐを
セパレータ付セルＣの端縁に沿う方向に上述の第１実施
形態と同様に接続するとともに、それら複数の接続管Ｐ
を、上述の第１実施形態と同様に配置してもよい。この
場合、１個の押圧部材２２にて複数のガス通路側管部１
８の鍔１８ｆを押圧するように構成する。又、間隔保持
部材１７には、複数の挿通管部１９を各別に挿通するた
めに複数の孔１７ａを形成して、１個の間隔保持部材１
７にて複数の接続管Ｐを支持するように構成してある。
更に、支持部材１３をセル保持部材５，８よりもセル並
び方向と交差する方向に突出するように設けて、その支
持部材１３の突出部にヘッダ管３３を載置し、そのヘッ
ダ管３３に、複数の接続管Ｐ夫々の可撓性管部２１を接
続するとともに、空気供給管２８を接続してもよい。こ
の場合、各酸素含有ガス流路ｓに対する空気供給量にお
けるセパレータ付セルＣの端縁に沿う方向でのバラツキ
を小さくすることができるので、各セパレータ付セルＣ
において効率よく発電させることができて、発電効率を
向上させることができる。更に、図示は省略するが、供
給用燃料側ガス通路Ｙｉに対しても、同様に複数の接続
管Ｐを設けてもよい、この場合、各燃料ガス流路ｆに対
する燃料ガス供給量におけるセパレータ付セルＣの端縁
に沿う方向でのバラツキを小さくすることができるの
で、更に発電効率を向上させることができる。

【００５０】ちなみに、複数の接続管Ｐを、供給用酸素
側ガス通路Ｘｉに対して設けるのに代えて、排出用酸素
側ガス通路Ｘｅに対して設けてもよいが、発電効率を向
上させる上では、供給用酸素側ガス通路Ｘｉに対して設
ける方が効果的である。

【００５１】（ハ） 上記の各実施形態において、スタ
ックユニットＣＭに、排出用燃料側ガス通路Ｙｅを供給
用燃料側ガス通路Ｙｉと同様の構成で設けてもよい。

【００５２】（ニ） 上記の各実施形態においては、接
続管Ｐを間隔保持部材１７に形成した孔１７ａに挿通す
る状態で設ける場合について例示したが、接続管Ｐは間
隔保持部材１７に挿通しなくてもよい。この場合、例え
ば、接続管Ｐを隣接する間隔保持部材１７の間を通過さ
せて端部がスタックユニットＣＭの外部に位置するよう
に配置する。又、上記の各実施形態においては、接続管
Ｐをその端部がスタックユニットＣＭの外部に位置する
ように配置したが、端部がスタックユニットＣＭの内部
に位置するように配置してもよい。

【００５３】（ホ） 接続管Ｐの挿通管部１９に、間隔
保持部材１７における支持部材１３側に接当する鍔１９
ｆに加えて、間隔保持部材１７におけるガス通路側管部
１８側とは反対側に接当する鍔１９ｆを備えさせてもよ
い。この場合、接続管Ｐとガス供給源やガス排出先との
接続作業を行う際に、接続管Ｐと支持部材１３との接続
部に力がかかるのを更に抑制することができる。

【００５４】（ヘ） 金属材から成る接続管Ｐをガス通
路形成としての支持部材１３に互いの熱膨張が許容され
る状態で且つ気密状態で接続するための具体構成は、上
記の各実施形態において例示した構成に限定されるもの
ではない。例えば、接続管Ｐを支持部材１３の孔１３ａ
に互いに熱膨張が許容される状態で挿通するとともに、
接続管Ｐの外周面と孔１３ａの内周面との間に、その全
周にわたって、柔軟性シール材２４を充填する構成でも
よい。

【００５５】（ト） 隣合うスタックユニットＣＭにお
ける隣合う端子部Ｌ同士を導電状態に接続するための構
成として、上記の第１実施形態では、隣合う端子部Ｌの
出力取出板１４同士を接続部材２９にて接続する場合に
ついて例示した。これに代えて、例えば、隣合う端子部
Ｌ間に柔軟性導電材を充填することにより、導電状態に
接続してもよい。

【００５６】（チ） セルＣ’の複数を、酸素極２側に
酸素含有ガス流路ｓが形成され且つ燃料極３側に燃料ガ
ス流路ｆが形成される状態で、且つ、隣合うもの同士が
導電状態に接続される状態で、互いに間隔を隔てて厚み
方向に並置するための具体構成は、上記の実施形態にお
いて例示した構成に限定されるものではない。例えば、
複数のセルＣ’を、夫々の酸素極２側に酸素含有ガス流
路ｓを区画形成する酸素側導電性セパレータを、燃料極
３側に燃料ガス流路ｆを区画形成する燃料側導電性セパ
レータを夫々配置する状態で並置する構成を採用するこ
とができる。

【００５７】又、ガス通路Ｘ，Ｙを形成するための具体
構成も、上記の実施形態において例示した構成に限定さ
れるものではない。例えば、複数のセルＣ’を並置した
構造体に対して、開口部を備えた箱状体を、その開口部
内に複数の流路ｓ，ｆの開口部を位置させる状態で設け
て、箱状体の内部をガス通路Ｘ，Ｙとして機能させる構
成を採用することができる。

【００５８】（リ） 上記の各実施形態では、導電性セ
パレータ４をセルＣ’の酸素極２に臨む側に付設してセ
パレータ付セルＣを構成する場合について例示したが、
これに代えて、セルＣ’における燃料極３に臨む側に、
燃料ガス流路ｆを形成すべく、導電性セパレータ４を付
設しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態における燃料電池のセルの構成を
示す斜視図

【図２】第１実施形態におけるスタックユニットの構成
を示す分解斜視図

【図３】第１実施形態におけるスタックユニットの発電
検査の行うための構成を示す斜視図

【図４】第１実施形態におけるスタックユニットの酸素
側ガス通路を示す縦断面図

【図５】第１実施形態におけるスタックユニットの燃料
側ガス通路を示す縦断面図

【図６】第１実施形態における接続管の構成を示すスタ
ックユニット要部の縦断面図

【図７】第１実施形態における燃料電池の全体構成を示
す横断平面図

【図８】図７におけるイ−イ矢視図

【図９】図７におけるロ−ロ矢視図

【図１０】第２実施形態における燃料電池の全体構成を
示す縦断面図

【図１１】別実施形態におけるスタックユニットを示す
縦断面図

【図１２】別実施形態におけるスタックユニットを示す
要部の縦断面図

【図１３】別実施形態におけるスタックユニットを示す
要部の横断平面図

【図１４】従来の燃料電池の全体構成を示す縦断面図

【符号の説明】

１ 電解質層 ２ 酸素極 ３ 燃料極 １３ ガス通路形成部材 １３ａ 孔 １７ 間隔保持部材 １７ａ 孔 １８ｆ 鍔 １９ｆ 接当部 ２２ 押圧部材 ２３，２４ シール部材 ３２ 箱状体 ３２ａ 噴射孔 ｆ 燃料ガス流路 ｓ 酸素含有ガス流路 ＣＭ スタックユニット Ｃ’ セル ＮＣ セル集合体 Ｌ 端子部 Ｐ 接続管 Ｘ，Ｙ ガス通路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解質層の一方の面に酸素極を備え且つ
   他方の面に燃料極を備えた燃料電池のセルの複数が、前
   記酸素極側に酸素含有ガス流路が形成され且つ前記燃料
   極側に燃料ガス流路が形成される状態で、且つ、隣合う
   もの同士が導電状態に接続される状態で、互いに間隔を
   隔てて厚み方向に並置され、並びに、 前記酸素含有ガス流路夫々に連通する、又は、前記燃料
   ガス流路夫々に連通するガス通路が設けられて、セル集
   合体が形成され、 前記ガス通路にガスを供給するための、又は、前記ガス
   通路からガスを排出させるための接続管が、前記セル集
   合体におけるセル並び方向の一端側において前記ガス通
   路に接続され、 前記セル集合体における前記セル並び方向の両端部に、
   電力取り出し用の端子部が設けられた燃料電池であっ
   て、 前記セル集合体をそれが設置される設置対象物に対して
   間隔を隔てて保持するための間隔保持部材が、前記セル
   集合体におけるセル並び方向の一端側に前記セル集合体
   と一体的に設けられ、 前記接続管が、前記間隔保持部材におけるセル並び方向
   での前記セル集合体側とは反対側の端部よりも前記セル
   集合体側に位置するように配置されている燃料電池。
2. 【請求項２】 金属材にて構成される前記接続管が、前
   記ガス通路を形成するセラミック材から成るガス通路形
   成部材に、互いの熱膨張が許容される状態で且つ気密状
   態で接続されている請求項１記載の燃料電池。
3. 【請求項３】 前記ガス通路形成部材に、前記接続管に
   おける前記ガス通路に接続されるガス通路側端部をその
   熱膨張を許容する状態で挿通するための孔が設けられ、 前記接続管における前記ガス通路側端部に、前記孔より
   も大きい鍔が設けられ、 前記接続管における前記ガス通路側端部が、前記鍔を前
   記ガス通路形成部材のガス通路内方側に位置させた状態
   で、前記孔に挿通され、 前記鍔を前記ガス通路形成部材側に押圧する押圧部材
   が、前記鍔と前記ガス通路形成部材との間、又は、前記
   鍔と前記押圧部材との間に、シール部材を介在させた状
   態で設けられている請求項２記載の燃料電池。
4. 【請求項４】 前記間隔保持部材がセラミック材から成
   り、 その間隔保持部材に、前記接続管をその熱膨張を許容す
   る状態でセル並び方向と交差する方向に沿って挿通する
   孔が設けられている請求項２又は３記載の燃料電池。
5. 【請求項５】 前記接続管に、前記間隔保持部材との接
   当によって、セル並び方向と交差する方向での前記接続
   管の位置決めを行う接当部が設けられている請求項４記
   載の燃料電池。
6. 【請求項６】 前記ガス通路の内部に、複数のセル夫々
   の酸素含有ガス流路又は燃料ガス流路の開口部に対向す
   るガス噴射孔を備えた金属製の箱状体が設けられ、 前記接続管が、前記ガス通路形成部材を熱膨張が許容さ
   れる状態で且つ気密状態で貫通して、前記箱状体に接合
   されている請求項２〜５のいずれか１項に記載の燃料電
   池。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃
   料電池をスタックユニットとするように構成され、 そのスタックユニットの複数が、隣合うもの同士が隣合
   う端子部同士で導電状態に接続される状態で、且つ、隣
   合うもの同士が前記間隔保持部材によって間隔を隔てて
   保持される状態で並置されている燃料電池。