JPS58119172A - 燃料電池装置 - Google Patents

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】 発明の技術分野 本発明は、複数の単位燃料電池を積層してなる積層体を
備えた燃料電池装置の改良に関する。

発明の背景技術 従来、水素のよ５ｃ酸化され易いガスと、酸素のようＣ
＠化力のあるガ′スとな電気化学反応プロセスを・、経
て反′応ざすることＣ二よって直流電力を得る燃料電池
か広く知られている・この燃料電池は、通常、一対のガ
ス拡散電極間に電解質マトリックスを配置するとともに
両電極間に負荷を接続した状態で一方の電極の外面ζ；
水素を含んだガス（燃料）を接触させ、他方の電極の外
面に酸素を含んだガス（酸化剤）を接触させることによ
って上記負荷Ｃユ直流電力を供給するよう（ニジている
。なお、上記ガス拡散電極口は通常、反応の円滑化を図
るために白金等を担持した触媒担持層が付与されている
・また、案用的な発電装置として用いる場合には、上述
した燃料電池を単位燃料電池とし、この単位燃料電池を
複数直列Ｃ二接続する方式が採られている・ところで、
上記のよう（二単位燃料電池を複数直列（二接続した燃
料電池装置の要部は、一般（；。

第１ｌｌ（二示すようｇ；構成されている＠すなわち。

触媒担持層ｔａｍｔｂの付与されたガス拡散電極２　ａ
　ｍ　Ｚ　ｂ間Ｃ：電解質マトリックスＪ’＋１介在さ
せて単位燃料電池４を構成し、これら単位燃料電池４相
互間（二次素板等で形成された良導電性のインクコネク
タ５を介在させて積層した積層体ＸＧユ構成されている
・各インクコネクタ５の両画には因中太矢印！で示す如
く燃料を通流させるための通路を構成する溝６と１図中
太矢印Ｑで示す如く酸化剤を通流させるための通路を構
成する溝２とが互いに直交す゛る関係（二形成されてい
る働また。インクコネクタ５のうちの幾つかのものには
外面が絶縁被膜で覆われた冷却パイプ８が埋設されてい
る・ しかして、上記のよりな積層体Ｘを組込んだ従来の燃料
電池装置は、一般Ｃ二、第２図から第４図に示すよう口
構成されてい葛０丁なわち、厚肉の銅板あるいは鋼板等
で形成された第１の支持板ｉｉの上面に積層体Ｘの下端
面と同一寸法の薄い導電板７１に：敷き、この導電板１
２上Ｃ；導電性接着剤等を介して積層体Ｘを載置し、さ
らに上記積層体Ｘの上端面（二同じく導電性接着剤等を
介して薄肉の導電板ｉｓを載置し、この導電板ｌｓ上仁
厚内の第２′の支持板１４を載置している・そして、上
記状態で、第１の支持板ｌｌの下面と第２の支持板１４
の上面とに。

それぞれ因中上下方回（一対向し、かつ積層体Ｘの辺と
平行する関係Ｃ１２組、つまり４本のロッド１５ａ＊ｔ
ｓｂおよび１６１１，１６ｂを平行（：配置し、各組を
なテロラドの両端間をボルトｉＷａｍｌｌｂおよび１ｇ
ａ、ｌｓｂで一定圧力Ｃ二締付けること（二よって積層
体Ｘの各単位燃料電池間を一体化させるよう「二してい
る・なお。

上記ボルトｔ７ａｒｌｌｂｍノｓｍ　、ｉ　ｓｂは絶縁
材で形成されたものや７０ンドとの恢合部に絶縁筒の嵌
め込まれたものが用いられている０しかして、上記のよ
うに組立てた後、積層体Ｘの側面の稜部分に気密処理を
施した後、積層体Ｘの４つの側面に絶縁材製のパツキン
１９を介して反応流体供給器、つまり角形に形成され・
たフランジｚｏａ、２０ｂｍ２０ｃｍ２０’６Ｔｔ当で
がい、これらフランジ１！ａｎａｌθｂ、ｚｏｃ。

２０ｄの両側１引二突設された突起２１に設けられた孔
（二それぞれポルト２２を挿し込んで隣接するフランジ
の突起２１間を締付けることζ；よって、各フランジの
周縁部を積層体Ｘの各側面周縁部Ｃ二前記パツキン１９
を介して密接させ。

Ｗｋｚ図に示すように全体として気密構造の装置を構成
している。なお、第２図および第３図中２４は、＄２の
支持板１４を貫通して外部へ導かれたラードバーを示し
てい、る・また、各フランジ２０１１ｍ２１１ｂ＠２０
Ｃ，，２０（１≦二は、第４図中犬山矢印および大黒矢
印で示すよう（二燃料および酸化剤を通流させるパイプ
２５が接続されている・さｂｃ各フランジの図中上縁部
と下縁部とＣ二は、これらフランジを介して電池が短絡
されないよう１絶縁処理が施されている・また、フラン
９２０　ｄｉ二は、内部の冷却パイプ８と外部とを接続
するための接続機構２６が設けられている・また、これ
らの図では積層体Ｘの各部状態を計測する計測系が省略
されている。

背景技術の問題点 上記のよ５ｃ構成された燃料電池装置≦二あって、その
積層体Ｘは１通常、数百個の単位燃料電池およびインク
コネクタで構成されるが、これらの寸法を全て等しくす
ることは困難で１寸法誤差の生じるのを避けることはで
きないＯまた。これらの要素を積層するとき積み上げ誤
差が生じるのも避けることはできない。この結果、積層
体Ｘの稜線部は通常、直線とはならず凹凸をもったもの
となる・このように、積層体Ｘの稜線部口凹凸が存在す
ると、パツキン１９だけでは気密性を保持することが困
難となる。そこで、従来装置では、一般に、積層体Ｘの
稜部分Ｃニシリコーンゴム接着剤を塗布し、この接着剤
層で稜部分の凹凸をなくし、２つの平面が直角に交わる
理想的な稜部分となるようＣ二修正し。

この修正面にパツキン１９を当てかうよう【二している
９しかし、接着剤としてシリコーンゴムな用いたもの（
二あっては、次のような間−があった・すなわち、電解
質としてりん酸を用いる燃料電池装置にあっては、通常
、９５〜１００饅濃度のりん酸を用い、しかも１９０〜
２００℃と云った高温下で運転される。したがって。

上述したシール用接着剤には、耐電解質性、耐熱性とと
も（二気密性、柔軟性、接着性が要求されることＣ二な
るが１発明者らの研究ｇ二よると。

シール用接着剤として通常のシリコーンゴムな用いた場
合口は、高温下（１’Ｒｏ℃以上）で長時間（１００Ｑ
峙閲以上）の運転で単位燃料電池−接触している部分の
Ｖ５コーンゴム（二次化。

欠落が見られ、耐りん酸性孟：劣ることか判った。

すなわち、一般的なＶ９コーンゴム接着剤は。

耐りん酸性口劣り、りん酸を電解質として用いる俤料電
池装置−は利用できないことが判った。

発明の目的 本発明は、このような事情ｃ癒みてなされたもので、そ
の目的とするところは、電解質としてりん酸を用いた場
合であっても装置の長寿命化ならびｑ４、安全性の同上
化χ因れる燃料電池装置を提供することにある・ 発明の概要 本発明は、前述した積層体の稜部分をフロロシラコーン
ゴム接着剤でレールしたことを特徴としている・ 発明の効果 上述の如く１本発明では、積層体の稜部分をシールする
シー。ル部材としてフロロシリコーンゴム接着剤を用い
ている・発明者らの研究（−よると％電解質保持マトリ
ッグスＣ：電解質としてりん酸が保持された単位燃料電
池をインクコネクタを介して複数積層した積層体の稜部
分をフロロシリコーンゴム接着剤でシールし、このシー
ルされたものについて、１８０〜２００℃の条件下で長
時間≦二亘って起電反応をさせた後。

シール材を調べたところ、灰化や脆化等の性能劣、二の
全く発生していないことが確認された〇このように勝れ
た特性が得られる理由としては。

コーンゴムに三弗化プロピイル基を側鎖に導入したフロ
ロシリコーンゴムでは、りん酸の水素イオンが弗累に静
電的に結合するためにシロキサン結合の破壊が生じ（二
くく、このために耐りん酸性か同上したものと思われる
◎また。フロロシリコーンゴムは、高温、高濃度のりん
酸中での耐熱性、柔軟性の劣化も起こらず、この点も実
験（二よって１４認された＠すなわち１発明者らは、！
ｓ料電池の作動環境と同様な環境下にフロロシリコーン
ゴムと弗累な含まないシリコーンゴムとを長時間さらし
てみたＤこのときに用いた試料および試験条件は次の通
りである０（試料１） グラフアイＦを主成分とする縦横５　ｃｍ　ｓ厚さ５ｍ
＋のインタコネクタ仁凸幅５霞、凹幅２ｍ。

深さ２ｍの溝を設け、これ（；フロロシリコーンゴム（
東芝シリコーン株製、商品名フロロシリコーンＦｆｌＶ
　１１０　Ｇ　）を溝がかくれるまで塗布し、室温にて
ゴム化させた〇 償料２） 試料ｌと同様Ｃ形成されたインクコネクタに別のフロロ
シリコーンゴム（東芝シリコーン株製、　商品名７”ロ
シ５−＝ｒ−ｙＦＲｖ６４４０　）　′ｊｋ：同様Ｃ塗
布し、ｘｏｏｃ＆二で３０分間熱処理してゴム化させた
。

（試料３） 比較例として、従来用いられているシリコーンゴム接着
剤（東芝シリコーン株製、商品名シリコーンゴム接着剤
ＴＵＢ　３７０　ＲＴＶ　）を同様にインクコネクタＣ
二塗布し、室温Ｃ二てゴム化させたＯ 上記のようにして形成された３つの試料Ｃ；ついて、１
９０℃、９５％りん酸溶液中に浸漬し。

１００．２００．５００時間経過後の各試料について、
膨潤、剥離、溶解の有無を調べてみたＯその結果１表１
（二示すデータを得た〇−二殆んど変化なし ＋：わずかに認められる 十＋：はっきり認められる ＋＋＋：非常（；はっきり認められる 表１から判るように試料１．２つまりフロロＶ５コーン
プムの場合には、高温、高濃度のりん１ｌｌｃ５０Ｑ時
間さらされても膨潤、剥離、溶解がみられず、性状に何
の変化も観察されなかった０これこ対し、試料３．つま
り弗素を含まないシリコーンゴムの場合１二は、１００
時間では変化が認められなかったが２００時間でわずか
口変化が認められ％５００時間でははっきりと変化が認
められた・また、試料１，２Ｃ二ついては、ゴム弾性も
殆んど変化しないことが確認された・このように、本発
明ではシール部材としてフロロシリコーンゴムを用いる
ようｆ二しているので、Ｖ−ル部の長寿命化ｔ／図れ、
結局。

装置としての長寿命化、信頼性の向上化ならび６二安全
性の向上化を図ることができる＠発明の実施例 第５図は本発明の一実施例≦二係る燃料電池装置の外観
を示すもので、との装置は、大きく分けて、第６因およ
び第７因【二も示すように複数の単位燃料電池を積層し
てなる積層体３１と。

この積層体３ノの両端面口当てかわれた第１゜第２の支
持体３２ａ、：１２ｂと、これら第１゜第２の支持体、
９２　ａ　＃　８２　ｂ間を締付けて前記積層体３１を
一体化させる締付はポル）３３ｄｍ３３ｂ、：１３ｃ、
ｌａｄと、前記Ｎ履体３１の４側面にそれぞれ気密Ｃ二
当てがわれたフランジ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ
とで構成されている。

前記積層体３１は、第１Ｉ／（二足したように二電解質
としてりん酸を用いた複数の単位燃料電池を各電池間に
インクコネクタを介在させて積層した構成となっている
。

しかして、前記第ｌ、第２の支持体３２ａ。

３２ｂは具体的には第８図に示すよう（−構成されてい
る。すなわち、比較的厚内の鋼板等で単位燃料電池の端
面寸法と同一寸法に形成された角板５１の一表面に、一
部が上ＨＢ角板５１の４つの頂部からそれぞれ外方へ突
出する関係≦二角管５２１１，５２ｂをＸ字状Ｃ：溶接
するとともに上記角管５２ｍ、５２ｂの溶接されている
面の周縁部に補強板５３を溶接したものとなっている・
なお、各角管１５１ｍ、６’ｊｌｂの両端部には、前述
したボルト８３ａ、ｊ１８ｂ、８Ｂｃ、３３ｄを挿通す
るための孔５４が設けられており、また、角板５１Ｃは
後述するリードパーを外部へ向けて突出させるための孔
５５が形成されているＯ しかして、前記積層体Ｊ−Ｚは、上述した＠１第２の支
持体１２＊、３２ｂ間（二次のように積層されている。

すなわち、第６’ｌＪ　Ｃ示すよう（二１Ｊ１の支持体
ｓｔｅｍの角板５１上（二、この角板５１と同寸注口形
成された導電板６１を接着剤で接着し【いる０上記導電
板６１の図中下面（ユは孔ａｒｔを通して外部こ突出す
るリードパー（図示せず）が突設されているＯしかして
、導電板６１ｋＣ”−インクコネクタと単位燃料電池と
を交互区：、かつ上下端ロインタコネグタがそれぞれ位
置するよう口積層しているＯそして、上記のよう口積層
された積層体ｊｌの上端面（＝導電板６１と同様−形成
された導電板６２１に当てがい、この導電板６２上に接
着剤を介して第２の支持体３２ｂの角板５１を当接させ
、この状態で第２の支持体３２ｂと第１の支持体３２ｂ
とを４本のボルト３３ａ、３：Ｉｂ、３３ｃ、３３ｔｉ
とこれらＣ：螺合するナツトとで規定圧力Ｃ二締付は一
体化したものとなっている０上記のように組立てた後、
積層体３１の稜部分、つまり積層体３１の４つの一側面
の周縁部分区にフロロシリコーンゴム（たとえば前記ｒ
Ｒｖ　１１０６　）を一定幅にかつ上記周縁部分の凹凸
が完全じなくなり平担（−なるまで堂布し、その後Ｃ；
上記フロロシリコーンゴムなゴム化させている０ 次（＝積層体３」の４つの側面（−絶縁材製のパツキン
６ｊを介して第９因（−示すように形成′された反応流
体供給器、つまり角形Ｉ：影形成れたフランジ３４　ａ
　ｅ　３４　ｂ　ａ　Ｊ　４　ｃ　ｅ　３４　ｍを当て
がい、これらフランジ３４　ａ　１　Ｊａ　ｂ　＃　３
４Ｃ＃３４ｄの両側縁部≦二突設された突起７１に設け
られた孔７２にそれぞれポル）７２！挿し込んで隣接す
るフランジの突起７１間を締付けることＣ：よって各フ
ランジの周縁部を積層体３１の各側面周縁部に前記パツ
キン６Ｊを介して密接させ、第５図≦二足すよ５Ｃ全体
として気密構造の装置を構成して髪）る。なお、ＳＳ図
および第６図中７４は、第２の支持体ｘｚｂを貫通して
外部へ導かれたり−ドパ−を示している・また、各フラ
ンジ１４ｍｍ１４ｂｍ３４Ｇ、Ｂ４ｄＣは、＄７Ｗｉ中
太白矢印および大黒矢印で示すように燃料および酸化剤
を通流させるパイプ７５が接続されている・さら弧二各
フランジの図中上縁部と下縁部とＬ　ｉｔ　＊これらフ
ランジを介して電池が短ｍｓれないように絶縁処理が施
されている・まだ、何れかのフランジム二は、内部の冷
却パイプと外部とｔｌ−接続するための接続機構（内示
せず）が設けられている・まだ、これらの因で林檎履体
ＩＪの各部状態を計測する計測系が省略されている中 このように構成された燃料電池装置（二ついて、作動温
度１８０〜ｌ　９００　＃単位面積当り２００　Ｕ／ａ
ｄの条件で起電反応を行なわせてみた・なお、このとき
、燃料として水ｓ７に用い。

これを２５　ｔｌｍ　で供給し、また酸化剤として空気
を用い、これを６５　ｚ７’＝　で偽給した。そして、
このように起電反応を行なわせている条件で１００時間
、ＳＯＯ時間および１０００時間経過後にフランジから
の水素ガスの漏洩有無を水素ガス検出器により測定した
口また１０００時間経過後ζニフランジな全部数り外し
、積層体ｊ１の稜部分をシールしたフロロシリコーンゴ
ムの劣化状況を観察した＠ また、比較例として積層体３）の稜部分を弗素を含まな
いシリコーンゴムでシールし、他は実施例と同様≦；構
成された燃料−他装置についても同様の試験を行なって
みた◎その結果１表２Ｃ二示す結果を得た・ 一二水素ガス検出されず 十：水素ガスわずかＣ：検出された ＋＋：水素ガスが多量−検出された 表２から判かるようり、、フロロシリコーンゴム接着剤
でＶ−ルされた燃料電池装置（実施例）では１０００時
間経過後も反応ガスの漏れが検出されず、また１分解調
査でもＶ−ル部材に灰化や脆化が認められなかったーこ
れに対してシール部材として弗素を含まないシリコーン
ゴム接１１剤を用いたもの（比較例）では１時間の経過
ととも―反応ガスの漏れが検出され、また。

分解調ｆｃおいてもＶ−ル部材の表面が灰化して脆くな
っており、長時間の運転（二はとても適さないことが確
認された・ なお、上述した実施例では、積層体として各要素を順次
積み重ねたものを用いているが、各要素を積み重ねてな
るプロラグな複数ブロック積層して積層体な構成するも
の６二も本発明を適用できることは勿論である０

【図面の簡単な説明】

唱１図は一般的な燃料電池装置の要部だけを局部的（二
取り出し【示す図、第２図は第１図に示゛ヒた要部を組
込んでなる従来の燃料電池装置の外観図、第３図は第２
図（二おけるＡ−Ａ線切断矢視図、第４図は第２図１二
おけるＢ−Ｂ線切断矢視図、＄５図は本発明の一実施例
＆：係る燃料電池装置の外観図、第６図は第５図におけ
るＦ−Ｆ線切断矢視図、第７図は第５１／ｇ二おけるＧ
−Ｇ線切断矢視図、第８■は同実施例装置ｌ：おける第
１および＠２の支持体の斜視図、第９図は同実施例装置
（二おけるフランジの斜視図である参′ ４・・・単位燃料電池、６・・・インタコネクタ、Ｊ　
１−・・積層体、３４ｍ＊Ｊ１４ｂｍｌ１４Ｃｍ８４ｄ
・−フランジ０ 出願人代理人弁理土鈴　江武彦 明細書の浄書（、ｆヨ容に変更なし） 第１図 第　２　図 第３図 第５図 第６図 第８図 第９図 手続補正書 昭和°５承・３月２５日 特許庁長官　　島　１）春　樹　殿 １、事件の表示 特願昭５７−１５２０号 ２、発明の名称 燃料電池装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人　、− 委任状、明細書、図面　　ゝ　　　　′７、補正の内容 （１）委任状１通を別紙の通り補正する。 （２）、明細書の浄書（内容に変更なし）（３）図面の
浄書（内容に変更なし）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 単位燃料電池と両面口反応流体案内路を有した導電性の
   インクコネクタとを゛交互≦；積層して積層体を形成す
   るととも口上記積層体の周囲Ｃ二反応流体案内器を装置
   してなる燃料電池装置において、前記積層体は、稜部分
   がフロロシリコーンゴムで封止されてなることを特徴と
   する燃料電池装置・