(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して設けられ電解質を保持する第１および第２の電解質板と、前記電解質板のそれぞれの内面に対応して配置されるアノード電極およびカソード電極と、前記第１および第２の電解質板の間に配置され、前記カソード電極およびアノード電極の外側に、互いに区分されたアノードガス流路およびカソードガス流路を構成する仕切板と、前記電解質板を支持する支持面および傾斜面とから構成され、前記支持面と両端部との間に形成される前記傾斜面は、前記仕切板に固定されるそれぞれの端部側から前記支持面側へ行くに従って前記仕切板から遠ざかり、それによって前記アノードガス流路およびカソードガス流路を構成するセパレート部材と、前記セパレート部材と前記仕切板との間に配置される支持部材を備えた単位電池を複数個積層する積層型燃料電池であって、積層された前記仕切板および前記セパレート部材を積層方向に横切って燃料ガス通路を形成し、前記燃料ガス流路からの燃料ガスを前記セパレート部材の前記アノードガス流路を形成する傾斜面に設けたガス通気孔を介して、前記アノードガス流路に供給するようにし、前記セパレート部材のガス通気孔を有するアノードガス流路側傾斜面の傾斜角度をガス通気孔を有しない前記カソードガス流路側傾斜面の傾斜角度より大きくすることを特徴とする積層型燃料電池。
【請求項２】
傾斜面の角度を大きくした前記セパレート部材の端部と前記仕切板との固定面積を、傾斜面の角度が小さい前記セパレート部材の端部と前記仕切板との固定面積より広くする請求項１記載の積層型燃料電池。
【請求項３】
対向して設けられ電解質を保持する第１および第２の電解質板と、前記電解質板のそれぞれの内面に対応して配置されるアノード電極およびカソード電極と、前記第１および第２の電解質板の間に配置され、前記アノード電極およびカソード電極の外側に、互いに区分されたカソードガス流路およびアノードガス流路を構成する仕切板と、前記電解質板を支持する支持面および傾斜面とから構成され、前記支持面と両端部との間に形成される傾斜面は、前記仕切板に固定されるそれぞれの端部側から支持面側へ行くに従って前記仕切板から遠ざかり、それによって前記アノードガス流路およびカソードガス流路を構成するセパレート部材と、前記セパレート部材と前記仕切板との間に配置される支持部材を備えた単位電池を複数個積層する積層型燃料電池であって、積層された前記仕切板および前記セパレート部材を積層方向に横切って燃料ガス通路を形成し、前記燃料ガス流路からの燃料ガスを、前記セパレート部材の前記アノードガス流路を形成する傾斜面に設けたガス通気孔を介して前記アノードガス流路に供給するようにし、ガス通気孔を有する前記アノードガス流路側のセパレート部材の厚みを、ガス通気孔を有しない前記カソードガス流路側のセパレート部材の厚みより厚くすることを特徴とする積層型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アノード（電極）、カソード（電極）、電解質板、アノードガス流路、カソードガス流路等より構成される積層型燃料電池に関し、例えば、溶融炭酸塩電池などに適する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池の構成は、仕切板の両面にセパレート部材の複数を対応配置し、各セパレート部材の仕切板と反対面に電解質板を配置している。仕切板側の電解質板及び各セパレート部材と仕切板との間に支持部材の波板を配置し、波板と電解質板との間にアノード電極とカソード電極を支持すると共に、各セパレート部材と仕切板との間に形成されたアノードガス流路及びカソードガス流路とを備えた単位電池を構成している。複数の単位電池を積層した積層電池間に配置したプレート間を締め付けて、プレート間に積層電池を固定支持している。尚、この種の技術として特開平７−１５３４７９号公報、特開平９−１２９２５９号公報を挙げることができる。
【０００３】
この場合、積層電池を冷却するために、積層方向と直角する方向に上述のように複数のセパレート部材を配置している。積層された複数のセパレート部材の積層方向に貫通されたアノードガス貫通穴つまり燃料ガス流路を形成し、アノードガス貫通穴からの燃料ガスをセパレート部材のガス通気孔を介してアノードガス流路に供給している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アノードガス貫通穴付近はアノードガス貫通穴を形成するために、各セパレート部材の端部に形成した傾斜面より窪部を構成している。このため、傾斜面及び窪部を被う電解質板は、積層時の押圧力、締め付け時の締付力等の面圧により電解質板にうねりを生じ、電解質板が破損する恐れがあった。
【０００５】
本発明の目的は、電解質板が破損を防止して、燃料電池の信頼性、耐久性の向上した積層型燃料電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載した積層型燃料電池は、仕切板の両面に対応配置されたセパレート部材と、仕切板と反対側の各セパレート部材間に配置された電解質板と、各セパレート部材と仕切板との間に支持部材を配置すると共に、各セパレート部材と仕切板との間に形成されたアノードガス流路及びカソードガス流路とを備え、燃料ガス流路からの燃料ガスをガス通気孔を介してアノードガス流路に供給するものにおいて、ガス通気孔を貫通した一方側セパレート部材の機械的強度を他方側セパレート部材の機械的強度より大きくするか、等しくすることを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項２に記載した積層型燃料電池は、仕切板の両面に対応配置されたセパレート部材と、仕切板と反対側の各セパレート部材に配置された電解質板と、各セパレート部材と仕切板との間に支持部材を配置すると共に、各セパレート部材と仕切板との間に形成されたアノードガス流路及びカソードガス流路とを備え、燃料ガス流路からの燃料ガスをガス通気孔を介してアノードガス流路に供給するものにおいて、上記各セパレート部材は、仕切板に固定した両端部と、一端部側と他端部側との間に電解質板を支持する支持面と、各端部と支持面との間に形成した各端部側より支持面側に行くに従い順次仕切板より遠ざかる傾斜面と、一方側傾斜面を貫通したガス通気孔と、ガス通気孔を有する一方側傾斜面の傾斜角度を他方側傾斜面の傾斜角度より大きくすることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項３に記載した積層型燃料電池は、上記各セパレート部材は、仕切板に固定した両端部と、一端部側と他端部側との間に電解質板を支持する支持面と、各端部と支持面との間に形成した各端部側より支持面側に行くに従い順次仕切板より遠ざかる傾斜面と、一方側傾斜面に傾斜面を貫通するガス通気孔と、ガス通気孔を有する一方側傾斜面の傾斜角度を他方側傾斜面の傾斜角度より大きくし、カソードガス流路をアノードガス流路より大きくすることを特徴とする請求項２記載にある。
【０００９】
本発明の請求項４に記載した積層型燃料電池は、上記各セパレート部材は、仕切板に固定した両端部と、一端部側と他端部側との間に電解質板を支持する支持面と、各端部と支持面との間に形成した各端部側より支持面側に行くに従い順次仕切板より遠ざかる傾斜面と、一方側傾斜面に傾斜面を貫通するガス通気孔と、ガス通気孔を有する一方側傾斜面の傾斜角度を他方側傾斜面の傾斜角度より大きくし、一方側セパレート部材と他方側セパレート部材との形状を非対称に形成することを特徴とする請求項２記載にある。
【００１０】
本発明の請求項５に記載した積層型燃料電池は、傾斜面の角度を大きくした一方側端部の仕切板との固定面積を、他方側端部の固定面積より広くすることを特徴とする請求項２記載にある。
【００１１】
本発明の請求項６に記載した積層型燃料電池は、ガス通気孔を有する一方側セパレート部材の厚みを他方側セパレート部材の厚みより厚くすることを特徴とする請求項１記載の積層型燃料電池。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１、図２、図３により説明する。積層燃料電池１は複数の単位電池２を積層し、積層単位電池３を配置した締付板４間に挿入した締付ロッド５の先端のネジ溝に装着したナット６を締付けて、締付板間に積層単位電池３を支持している。
【００１３】
単位電池２は電解液を浸した電解質板１０を配置し、電解質板１０の両面にアノード電極１１とカソード電極１２とを対応配置すると共に、電解質板１０と仕切板１３との間にセパレート部材１４，１５を配置している。セパレート部材１４，１５はステンレス板を使用している。各セパレート部材１４，１５と仕切板１３との間及び仕切板１３と両電極１１，１２との間に波板６を介在して、電解質板１０をセパレート部材１４，１５間に両電極１１，１２を波板６と仕切板１３との間にそれぞれ支持している。電解質板１０をセパレート部材１４，１５に押圧し、電解質板１０とセパレート部材１４，１５との間の間隙を電解液で満し、ガスシールの役目をし、例えば燃料ガスが外部に漏れを防止している。電解液が電解質板１０とセパレート部材１４，１５との間の各セパレート部材１４，１５の仕切板１３との間に形成されたアノードガス流路１６及びカソードガス流路１７とを備えた単位電池２を構成している。
【００１４】
各セパレート部材１４，１５の両端部例えば１８，１９は仕切板１３に固定し、両端部の一端部側１８と他端部側１９との間の支持面２０に電解質板１０を支持する。各端部１８，１９と支持面２０との間の傾斜面２１，２２は各端部側より支持面側に行くに従い順次仕切板１３より遠ざかる傾斜面２１，２２を形成している。一方側傾斜面２１にガス通気孔２１Ａを貫通し、ガス通気孔２１Ａを有する一方側傾斜面２１の傾斜角度Φ１を他方側傾斜面２２の傾斜角度Φ２より大きく形成している。互いに対応する傾斜面側のセパレート部材１４とセパレート部材１５との間に積層方向に燃料ガス流路２３を形成している。燃料ガス流路２３からの水素ガスを有する燃料ガスをガス通気孔２１Ａを介してアノードガス流路１６に供給している。又カソードガス流路１７は空気及び炭酸ガスを主成分とする酸化剤ガスを流通している。
【００１５】
このように本発明の実施例によれば、次の効果を達成できる。
【００１６】
▲１▼本発明では一方側傾斜面２１の傾斜角度Φ１を他方側傾斜面２２の傾斜角度Φ２より大きく形成し、同じ傾斜角度Φ２のセパレート部材１５に比べて傾斜角度Φ１を他方側傾斜面２２の傾斜角度Φ２より大きくした分だけ、セパレート部材１４の機械的強度を増したので、電解質板１０は、積層時の押圧力、締め付け時の締付力等の面圧により電解質板１０にうねりを生じる変形量が少なくなり、電解質板１０が破損する恐れがなくなり、電解質板１０が破損を防止して、積層型燃料電池１の信頼性、耐久性の向上した。またセパレート部材１４，１５は傾斜角度を変えるだけでよいから、セパレート部材１４，１５は同じ材厚のステンレス板を使用できるので、資材管理が容易である。
【００１７】
▲２▼ガス通気孔２１Ａを有する一方側セパレート部材１４の材厚を他方側セパレート部材１５の材厚より厚くした場合は、同じ傾斜角度でよい。材厚を厚くしたガス通気孔２１Ａを有する一方側セパレート部材１４の傾斜角度Φ１を他方側セパレート部材１５の傾斜角度Φ２より大きく形成してもよいことは勿論である。要するにガス通気孔を有する一方側セパレート部材の機械的強度つまり剛性を他方側セパレート部材の剛性より強くするか、同じにすれば良い。
【００１８】
▲３▼本発明の積層型燃料電池１は、一方側傾斜面２１にガス通気孔２１Ａを貫通し、ガス通気孔２１Ａを有する一方側傾斜面２１の傾斜角度を他方側傾斜面２２の傾斜角度より大きくし、カソードガス流路１７をアノードガス流路１６より大きくしたと云うことは、従来と同様にカソードガス流路１７の酸化剤ガス流通容積は変わらないので、炭酸ガスから炭酸イオンに反応する反応率が変わらず、発電効率を損なうことがない。
【００１９】
▲４▼本発明の積層型燃料電池１は、ガス通気孔２１Ａを有する一方側傾斜面２１の傾斜角度Φ１を他方側傾斜面２２の傾斜角度Φ２より大きくし、一方側セパレート部材１４と他方側セパレート部材１５との形状を非対称に形成したので、作業員が単位電池を組立中にセパレート部材１４，１５の配置を間違いたか否か直ぐに分かり、組立ミスがしにくいばかりか、また作業員が単位電池２を組立中に神経を使わなくて良い分、作業能率が向上した。
【００２０】
▲５▼本発明の積層型燃料電池１は、傾斜面２１の角度を大きくした一方側端部の仕切板１３との固定面積Ｓ１を、他方側端部の固定面積Ｓ２より広くしたので、積層時の押圧力、締め付け時の締付力等の面圧により電解質板１０にうねりを生じる変形量が少なくなり、電解質板１０が破損するのを防止できるので、電解質板１０が破損しにくくなった。
【００２１】
本発明の他の実施例を図４に示す。ガス通気孔２１Ａを有する一方側セパレート部材１４と仕切板１３との間に補助支持部材２４を設けて、ガス通気孔２１Ａを有する一方側セパレート部材１４の剛性はセパレート部材１５の剛性を等しくできる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ガス通気孔を有する一方側セパレート部材の機械的強度を他方側セパレート部材の機械的強度より大きくするか、同じにするか、例えばガス通気孔を有する一方側傾斜面の傾斜角度を他方側傾斜面の傾斜角度より大きくし、同じ傾斜角度のセパレート部材に比べて、一方側傾斜面の傾斜角度を他方側傾斜面の傾斜角度より大きくした分だけ、一方側セパレート部材の機械的強度が増し、電解質板は、積層時の押圧力、締め付け時の締付力等の面圧により電解質板にうねりを生じる変形量が少なくなり、電解質板が破損する恐れがなくなり、電解質板の破損を防止して、積層型燃料電池の信頼性、耐久性の向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例として示した積層型燃料電池の側断面図。
【図２】図１に使用した積層型燃料電池を構成する単位電池の断面図。
【図３】図２の要部断面図。
【図４】本発明の他の実施例である積層型燃料電池を構成する単位電池の断面図。
【符号の説明】
２…単位電池、１０…電解質板、１１…アノード電極、１２…カソード電極、１３…仕切り板、１４，１５…セパレート部材、１６…アノードガス流路、１７…カソードガス流路、２１，２２…傾斜面、２１Ａ…ガス通気孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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