(57)【要約】【解決課題】シート状のガスケットを用いる平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、締付力の調節が容易であり、ガスのリークを防ぐことができる平板型固体酸化物形燃料電池スタックを提供する。【解決手段】平板状のセルが積層されている平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、セルのシール部及びセルホルダーと、インターコネクターのシール部との間に、該セルのシール部及び該セルホルダーの内側シール部と該インターコネクターのシール部との間に配置される部分の厚みが、該セルホルダーの外側シール部と該インターコネクターのシール部との間に配置される部分の厚みより大きい複合ガスケットを有する平板型固体酸化物形燃料電池スタック。【選択図】図５
2009217959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状のセルが積層されている平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、
該セルより厚みの大きいセルホルダーが、該セル毎に、該セルの外側に配置されており、
インターコネクターが、該セル及び該セルホルダーを上下から挟み込むように配置されており、
該セルのシール部及び該セルホルダーと、該インターコネクターのシール部との間に、ガスケットが配置され、
各該セルのシール部及び該セルホルダーの上下に配置される該ガスケットのうちのいずれか一方又は両方は、該セルのシール部及び該セルホルダーの内側シール部と該インターコネクターのシール部との間に配置される部分の厚みが、該セルホルダーの外側シール部と該インターコネクターのシール部との間に配置される部分の厚みより大きい複合ガスケットであること、
を特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項２】
平板状のセルが積層されている平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、
該セルより厚みの大きいセルホルダーが、該セル毎に、該セルの外側に配置されており、
インターコネクターが、該セル及び該セルホルダーを上下から挟み込むように配置されており、
該セルのシール部及び該セルホルダーと、該インターコネクターのシール部との間に、ガスケットが配置され、
各該セルのシール部及び該セルホルダーの上下に配置される該ガスケットのうちのいずれか一方又は両方は、（Ａ）内側端部が該セルのシール部と該セルホルダーとの隙間より内側にあり、且つ、外側端部が該セルのシール部と該セルホルダーとの隙間より外側にある大径ガスケットと、（Ｂ）内側端部が該セルのシール部と該セルホルダーとの隙間より内側にあり、外側端部が該セルのシール部と該セルホルダーとの隙間より外側にあり、且つ、外径が該大径シール部材より小さい小径ガスケットと、の重ね合わせである複合ガスケットであること、
を特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項３】
平板状のセルが積層されている平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、
該セルより厚みの大きいセルホルダーが、該セル毎に、該セルの外側に配置されており、
インターコネクターが、該セル及び該セルホルダーを上下から挟み込むように配置されており、
該セルのシール部及び該セルホルダーと、該インターコネクターのシール部との間に、ガスケットが配置され、
各該セルのシール部及び該セルホルダーの上下に配置される該ガスケットのうちのいずれか一方又は両方は、（Ｃ）内側端部が該セルのシール部と該セルホルダーとの隙間より外側にある外側ガスケットと、（Ｄ）該外側ガスケットの内側に配置され、内側端部が該セルのシール部と該セルホルダーとの隙間より内側にあり、外側端部が該セルのシール部と該セルホルダーとの隙間より外側にあり、且つ、厚みが該外側ガスケットの厚みより大きい内側ガスケットと、の組合せである複合ガスケットであること、
を特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項４】
前記ガスケットが、バーミキュライト製であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の平板型固体酸化物形燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板状のセルが積層されている平板型固体酸化物形燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
平板型固体酸化物形燃料電池スタックは、燃料極層、電解質層及び空気極層が順に形成されている平板状のセルを、インターコネクターを間に介して、複数個積層して構成されている。そして、該セルの外側には、該セルが締め付けによって破損しないように、該セルより硬質の材料で作製されたセルホルダーが配置されている。つまり、該平板型固体酸化物形燃料電池スタックは、該セル及び該セルホルダーと、該インターコネクターが、交互に積層されて構成されている。
【０００３】
従来、該平板型固体酸化物形燃料電池スタックでは、燃料電池の運転時に、該燃料極層に供給される燃料極側ガスと、該空気極層に供給される空気極側ガスとが、混合しないように、該セルのシール部及び該セルホルダーと該インターコネクターとの間、及び該セルのシール部と該セルホルダーとの隙間に、高温で溶解するガラスシール材を配置して、ガスのシールを行っていた（特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、ガラスシール材の主成分である酸化ケイ素（ＳｉＯ２）は、一般的なインターコネクター材であるランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ３）と反応する。そして、ランタンクロマイトと反応したガラスシール材は、熱膨張係数、軟化温度が、本来の性質と異なってしまうので、ガラスシール材には、シール材の性能が低下するという問題があった。また、ガラスシール材には、溶融したガラスの移動、流出の問題や、メンテナンス時には固着することから、メンテナンスが困難であるという問題があった。
【０００５】
そのため、近年では、シール材として、燃料電池の運転時にも、溶融しないようなシート状のガスケット材が求められるようになってきた。該シート状のガスケットは、該セルのシール部及び該セルホルダーと、該インターコネクターのシール部との間に配置される（特許文献１、２）。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２３１９８７号公報（特許請求の範囲、段落番号００２１）
【特許文献２】特開平８−１６２１４４号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
該平板型固体酸化物形燃料電池スタックでは、電気的集電を向上させるため、ガスシール性の向上のため、及びスタック形状を安定させるために、締付が行われる。その際の締付力によって、該セルが破損しないように、該セルホルダーの厚みは、該セルの厚みより大きくなっている。
【０００８】
そのため、該セルホルダーと該インターコネクターのシール部との間のシート状のガスケットにかかる締付圧力に比べ、該セルのシール部と該インターコネクターのシール部との間のシート状のガスケットにかかる締付圧力が、小さくなってしまう。
【０００９】
そして、該セルのシール部と該インターコネクターのシール部との間のシート状のガスケットにかかる締付圧力が小さいと、燃料極側ガス（又は空気極側ガス）が、セルのシール部とセルホルダーとの隙間を通って、空気極側（又は燃料極側）にリークしてしまう。
【００１０】
このガスのリークを防ぐためには、締付力を高めなければならないが、締付力を強くし過ぎると、セルの破損、あるいは、セルばかりでなく、セルホルダー、インターコネクター等のスタック全体の破損又は変形を引き起こしてしまう。よって、従来のシートの状ガスケットを用いる平板型固体酸化物形燃料電池スタックでは、締付力の調節が困難、あるいは、締付力の調節だけではガスのリークを防止することができないという問題があった。
【００１１】
従って、本発明の課題は、シート状のガスケットを用いる平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、締付力の調節が容易であり、ガスのリークを防ぐことができる平板型固体酸化物形燃料電池スタックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記従来技術における課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、シート状のガスケットを、セルのシール部及びセルホルダーの内側シール部とインターコネクターのシール部との間に配置される部分の厚みが、セルホルダーの外側シール部とインターコネクターのシール部との間に配置されている部分の厚みより大きい複合ガスケットとすることにより、締付力の調節が容易であり、ガスのリークを防ぐことできることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１３】
すなわち、本発明（１）は、平板状のセルが積層されている平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、
該セルより厚みの大きいセルホルダーが、該セル毎に、該セルの外側に配置されており、
インターコネクターが、該セル及び該セルホルダーを上下から挟み込むように配置されており、
該セルのシール部及び該セルホルダーと、該インターコネクターのシール部との間に、ガスケットが配置され、
各該セルのシール部及び該セルホルダーの上下に配置される該ガスケットのうちのいずれか一方又は両方は、該セルのシール部及び該セルホルダーの内側シール部と該インターコネクターのシール部との間に配置される部分の厚みが、該セルホルダーの外側シール部と該インターコネクターのシール部との間に配置される部分の厚みより大きい複合ガスケットであること、
を特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを提供するものである。
【００１４】
また、本発明（２）は、平板状のセルが積層されている平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、
該セルより厚みの大きいセルホルダーが、該セル毎に、該セルの外側に配置されており、
インターコネクターが、該セル及び該セルホルダーを上下から挟み込むように配置されており、
該セルのシール部及び該セルホルダーと、該インターコネクターのシール部との間に、ガスケットが配置され、
各該セルのシール部及び該セルホルダーの上下に配置される該ガスケットのうちのいずれか一方又は両方は、（Ａ）内側端部が該セルのシール部と該セルホルダーとの隙間より内側にあり、且つ、外側端部が該セルのシール部と該セルホルダーとの隙間より外側にある大径ガスケットと、（Ｂ）内側端部が該セルのシール部と該セルホルダーとの隙間より内側にあり、外側端部が該セルのシール部と該セルホルダーとの隙間より外側にあり、且つ、外径が該大径シール部材より小さい小径ガスケットと、の重ね合わせである複合ガスケットであること、
を特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを提供するものである。
【００１５】
また、本発明（３）は、平板状のセルが積層されている平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、
該セルより厚みの大きいセルホルダーが、該セル毎に、該セルの外側に配置されており、
インターコネクターが、該セル及び該セルホルダーを上下から挟み込むように配置されており、
該セルのシール部及び該セルホルダーと、該インターコネクターのシール部との間に、ガスケットが配置され、
各該セルのシール部及び該セルホルダーの上下に配置される該ガスケットのうちのいずれか一方又は両方は、（Ｃ）内側端部が該セルのシール部と該セルホルダーとの隙間より外側にある外側ガスケットと、（Ｄ）該外側ガスケットの内側に配置され、内側端部が該セルのシール部と該セルホルダーとの隙間より内側にあり、外側端部が該セルのシール部と該セルホルダーとの隙間より外側にあり、且つ、厚みが該外側ガスケットの厚みより大きい内側ガスケットと、の組合せである複合ガスケットであること、
を特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを提供するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、シート状ガスケットを用いる平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、締付力の調節が容易であり、ガスのリークを防ぐことできる平板型固体酸化物形燃料電池スタックを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックは、平板状のセルが積層されている平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、
該セルより厚みの大きいセルホルダーが、該セル毎に、該セルの外側に配置されており、
インターコネクターが、該セル及び該セルホルダーを上下から挟み込むように配置されており、
該セルのシール部及び該セルホルダーと、該インターコネクターのシール部との間に、ガスケットが配置され、
各該セルのシール部及び該セルホルダーの上下に配置される該ガスケットのうちのいずれか一方又は両方は、該セルのシール部及び該セルホルダーの内側シール部と該インターコネクターのシール部との間に配置される部分の厚みが、該セルホルダーの外側シール部と該インターコネクターのシール部との間に配置される部分の厚みより大きい複合ガスケットである平板型固体酸化物形燃料電池スタックである。
【００１８】
なお、本発明では、平板型固体酸化物形燃料電池スタックの各部材を平面視したときに、該平板型固体酸化物形燃料電池スタックの中心方向を「内側」と呼び、該平板型固体酸化物形燃料電池スタックの外縁方向を「外側」と呼ぶ。
【００１９】
本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックについて、図１〜図６を参照して説明する。なお、図１〜図６には、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの形態例を示しており、本発明がこれに限定されるものではない。図１は、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの模式的な端面図であり、図２中のｘ−ｘ線で切ったときの端面図である。図２は、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの模式的な平面図である。図３は、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの模式的な端面図であり、図２中のｙ−ｙ線で切ったときの端面図である。図４は、図１中のガスケットの配置を示す平面図である。図５は、締付ボルトで締付ける前の図１中の各部材の配置を示す模式的な端面図である。図６は、図５中のガスケットの配置を示す端面図である。
【００２０】
図１には、図２に示す平面図のｘ−ｘ線で切ったときの平板型固体酸化物形燃料電池スタック１の端面図を示す。図１中、該平板型固体酸化物形燃料電池スタック１は、燃料極層３、電解質層２及び空気極層４が順に形成されているセル５と、該セル５を囲むように配置されるセルホルダー６と、該セル５及び該セルホルダー６を、上下から挟み込むように配置されるインターコネクター７と、を有する。該セル５及び該セルホルダー６と、該インターコネクター７との間には、複合ガスケット８が配置されている。そして、該平板型固体酸化物形燃料電池スタック１では、該セル５及び該セルホルダー６と、該インターコネクター７とが、交互に、積層されており、これらの積層物１３は、スタック締付板１０、締付ボルト１１及び締付ナット１２により締付られている。該積層物と、該スタック締付板１０との間には、電気的短絡を防止するための絶縁板９が敷設されている。
【００２１】
図３には、図２に示す平面図のｙ−ｙ線で切ったときの該平板型固体酸化物形燃料電池スタック１の端面図を示す。図３中、該平板型固体酸化物形燃料電池スタック１には、該積層物１３内に燃料極側ガスを供給するための燃料極側ガスマニホールド２１ａと、該積層物１３内に空気極側ガスを供給するための空気極側ガスマニホールド２２ａと、が形成されている。該燃料極側ガスマニホールド２１ａは、該セルホルダー６が存在する場所に形成されており、該積層物１３の側面に燃料極側ガスの供給口２５ａを有し、また、該空気極側ガスマニホールド２２ａは、該セルホルダー６が存在する場所に形成されており、該積層物１３の側面に空気極側ガスの供給口２６ａを有する。なお、該セルホルダー６が存在する位置とは、該平板型固体酸化物形燃料電池スタック１を平面視したときに、該セルホルダー６が存在している位置を指す。該インターコネクター７には、各該燃料極層３に燃料極側ガスを供給するための燃料極側ガス供給経路２３が形成されており、該燃料極側ガス供給経路２３は、該燃料極側ガスマニホールド２１ａに繋がっている。また、該インターコネクター７には、各該空気極層４に空気極側ガスを供給するための空気極側ガス供給経路２４が形成されており、該空気極側ガス供給経路２４は、該空気極側ガスマニホールド２２ａに繋がっている。
【００２２】
図３には表れないが、該積層物１３には、該積層物１３内から燃料極側ガスを排気するための燃料極側ガスマニホールド２１ｂと、該積層物１３内から空気極側ガスを排気するための空気極側ガスマニホールド２２ｂと、が形成されている。該燃料極側ガスマニホールド２１ｂは、該積層物１３の側面に燃料極側ガスの排気口２５ｂを有し、また、該空気極側ガスマニホールド２２ｂは、該積層物１３の側面に空気極側ガスの排気口２６ｂを有する。該インターコネクター７には、各該燃料極層３から燃料極側ガスを排気するための燃料極側ガス排気経路が形成されており、該燃料極側ガス排気経路は、該燃料極側ガスマニホールド２１ｂに繋がっている。また、該インターコネクター７には、各該空気極層４から空気極側ガスを排気するための空気極側ガス排気経路が形成されており、該空気極側ガス排気経路は、該空気極側ガスマニホールド２２ｂに繋がっている。
【００２３】
図４に、該平板型固体酸化物形燃料電池スタック１中の該複合ガスケット８の配置を示す。図４中、点線２７は、該セル５の外側の輪郭を示し、また、点線２８は、該セルホルダー６の内側の輪郭を示す。図４に示すように、該複合ガスケット８は、該セル５と該セルホルダー６との隙間２９を覆うように配置されている。このことにより、該燃料極側ガスが、該隙間２９を通って、該セル５と該インターコネクター７との隙間から該空気極層４側へリークすること、及び該空気極側ガスが、該隙間２９を通って該セル５と該インターコネクター７との隙間から該燃料極層３側へリークすることが防止される。  
【００２４】
、
図５には、該平板型固体酸化物形燃料電池スタック１の各部材を組付けた後のスタック組付体３０を示す。該スタック組付体３０は、該スタック締付板１０、該締付ボルト１１及び該締付ナット１２により締付ける前の状態である。図６に、図５中の該スタック組付体３０の該複合ガスケット８の位置関係を示す。
【００２５】
図５及び図６中、締付後、該インターコネクター７の該複合ガスケット８と接触する部分を、インターコネクターのシール部３１と呼び、また、該セル５の該複合ガスケット８と接触する部分を、セルのシール部３２と呼び、該セルホルダー６の該複合ガスケット８と接触する部分のうち内側の部分を、セルホルダーの内側シール部３３と呼び、該セルホルダー６の該複合ガスケット８と接触する部分のうち外側の部分を、セルホルダーの外側シール部３４と呼ぶ。
【００２６】
該複合ガスケット８では、該セルのシール部３２及び該セルホルダーの内側シール部３３と該インターコネクターのシール部３１との間に配置される部分４１の厚みが、該セルホルダーの外側シール部３４と該インターコネクターのシール部３１との間に配置される部分４２の厚みより大きい。該セルのシール部３２及び該セルホルダーの内側シール部３３と該インターコネクターのシール部３１との間に配置される部分４１は、該隙間２９を覆うように存在している。
【００２７】
該平板型固体酸化物形燃料電池スタック１は、該スタック組付体３０を、該スタック締付板１０、該締付ボルト１１及び該締付ナット１２で締付けることにより得られる。その際、該複合ガスケット８の該セルホルダーの外側シール部３４と該インターコネクターのシール部３１との間に配置される部分４２が、シール性能を発揮するために必要な締付力で締付けを行う。締付力の調節は、該セルホルダーの外側シール部３４と該インターコネクターのシール部３１との間に配置される部分４２の圧縮度合、言い換えると、該セルホルダー６と該インターコネクター７との間隔の調節により行われる。そして、該セルのシール部３２及び該セルホルダーの内側シール部３３と該インターコネクターのシール部３１との間に配置される部分４１の厚みは、該セルホルダーの外側シール部３４と該インターコネクターのシール部３１との間に配置される部分４２の厚みより大きいので、該セルのシール部３２の厚みが、該セルホルダー６の厚みより小さくても、この厚さの差を該複合ガスケット８が埋めることができる。そのため、該平板型固体酸化物形燃料電池スタック１では、該セルのシール部３２と該インターコネクターのシール部３１との間のシール性は十分であり、この間を通ってガスがリークすることが防止される。
【００２８】
つまり、該スタック組付体３０では、締付の際に、該セルのシール部３２と該インターコネクターのシール部３１との間に存在するガスケットの圧縮度合を気にする必要はなく、該セルホルダーの外側シール部３４と該インターコネクターのシール部３１との間に配置される部分４２の圧縮度合さえ調節すれば、該セルのシール部３２と該インターコネクターのシール部３１との間にも、必要なシール性を付与することができる。
【００２９】
一方、中心方向に見たときに厚みが一定のガスケットを用いる場合は、該セルのシール部３２の厚みが、該セルホルダー６の厚みより小さいために、該セルのシール部３２と該インターコネクターのシール部３１との間から、ガスのリークが起こってしまう。また、該中心方向に見たときの厚みが一定のガスケットを用いる場合、このようなガスのリークを防ぐためには、該セルホルダー６と該インターコネクター７の間のガスケットが、シール性能を発揮するために必要な締付力より、過大な締付力で締付けなければならない。そのため、セルが破壊されたり、スタックが変形したりする。あるいは、過大な締結力ではあるが、セルが破壊されない程度の締結力で締付けるという調節が極めて困難なため、該セルのシール部３２と該インターコネクターのシール部３１との間からのガスのリークを十分に防ぐことは困難であった。
【００３０】
本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックに係る該セルは、平板状であり、且つ、燃料極層、電解質層及び空気極層が順に形成されているものであれば、特に制限されない。また、該セルを構成する材質としては、固体酸化物形燃料電池用セルに用いることができる材質であれば、特に制限されない。なお、図１〜図６では、該セルのうち、該電解質層の外径を大きくすることにより、該電解質層の外側部分がセルのシール部となる形態例を示しているが、これに制限されるものではなく、該セルとしては、他に、例えば、該燃料極層の外径が大きくその外側部分がセルのシール部となるもの、及び該空気極層の外径が大きくその外側部分がセルのシール部となるものが挙げられる。
【００３１】
本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックでは、平板状の該セルが、２以上積層されており、積層される該セルの数は、必要となる発電出力、発電電圧、設置スペース等により適宜選択される。
【００３２】
本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックに係る該セルホルダーは、該セルの周りを取り囲むように設置され、該セルの位置を安定させると共に、締結力によって該セルが破壊されないように保護する役割を果たす。該セルホルダーは、該セル毎に１個ずつ設置される。該セルホルダーは、側面視で平板状であり、平面視で中央部に該セルが設置される空間を有する形状である。該セルホルダーの厚みは、該セルの厚みより大きければよく、該セルの厚み等によって適宜選択される。なお、図１〜図６では、平面視でドーナツ形状のセルホルダーを示したが、これに限定されるものではなく、該セルの形状及びその他の部材の形状、配置位置等により適宜選択される。
【００３３】
本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックに係る該インターコネクターは、セル同士を電気的に接続する役割を果たす。該インターコネクターは、該セル及び該セルホルダーを、上下から挟み込むように配置される。そして、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックでは、「該インターコネクター、該セル及び該セルホルダー、該インターコネクター、該セル及び該セルホルダー、・・・該インターコネクター、該セル及び該セルホルダー、該インターコネクター」とのよう、該インターコネクターと、該セル及び該セルホルダーと、が交互に積層され、積層物を形成している。該インターコネクターを構成する材質としては、固体酸化物形燃料電池のインターコネクターとして用いることができる材質であれば、特に制限されず、例えば、ランタンクロム系酸化物、チタンニオブ系酸化物、クロム・ニッケル系の耐酸化性高温合金等が挙げられる。該インターコネクターの形状及び厚みは、該セルや該セルホルダーの形状及びその他の部材の形状、配置位置等により適宜選択される。また、該インターコネクタには、通常、セルに供給するガスの流路が形成される。
【００３４】
本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックでは、該セルのシール部及び該セルホルダーと、該インターコネクターのシール部と、の間に、該ガスケットが設置される。つまり、該セル及び該セルホルダーの上下に、該ガスケットが配置される。そして、該セル及び該セルホルダーの上下に配置される該ガスケットのうち、いずれか一方又は両方が、該複合ガスケットである。
【００３５】
該ガスケットは、シート状であり、ランタンクロマイト等のインターコネクターの材質及びイットリア安定化ジルコニア等のセルの材質と反応せず、且つ、燃料電池の運転温度域６００〜１０００℃で溶融しないものであれば、特に制限されない。該ガスケットの材質としては、バーミキュライト（蛭石）系、クリソタイル（蛇紋石）系、クロシドライト（角閃石）系、珪酸塩系、シリカ、アルミナ、ジルコニア、炭素、窒化ケイ素、炭化ケイ素等のセラミック系、膨張黒鉛系、メタル系、及びこれらの複合材等が挙げられ、バーミキュライト（蛭石）系が好ましい。該ガスケットとしては、該ガスケットの材質が、無機バインダー等で成形されたものが挙げられる。
【００３６】
該複合ガスケットの形状について、図７〜図９を参照して説明する。図７は、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックに係る該複合ガスケットの第一の形態例の模式的な端面図である。図８は、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックに係る該複合ガスケットの第二の形態例の模式的な端面図である。図９は、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックに係る該複合ガスケットの第三の形態例の模式的な端面図である。なお、図７〜図９には、スタック組付体を締付ける前の該複合ガスケットの形状を示している。
【００３７】
図７に示す複合ガスケットは、図５及び図６に示す該複合ガスケット８である。該複合ガスケット８では、該セルのシール部３２及び該セルホルダーの内側シール部３３と接触する部分４１の厚みが、該セルホルダーの外側シール部３４と接触する部分４２の厚みより大きい。
【００３８】
該複合ガスケット８では、該セルのシール部３２及び該セルホルダーの内側シール部３３と接触する部分４１の外側端部５１の位置は、該隙間２９より外側であればよく、また、該セルのシール部３２及び該セルホルダーの内側シール部３３と接触する部分４１の内側端部５２の位置は、該隙間２９より内側であればよい。よって、該隙間２９は、該セルのシール部３２及び該セルホルダーの内側シール部３３と接触する部分４１によって覆われる。
【００３９】
該セルホルダーの外側シール部３４と接触する部分４２の外側端部５３は、該端部５１より外側であればよいが、該セルホルダー６の外側端部近傍であることが好ましい。
【００４０】
該セルのシール部３２及び該セルホルダーの内側シール部３３と接触する部分４１の中心方向の長さ（図７中の左右方向の長さ）、及び該セルホルダーの外側シール部３４と接触する部分４２の中心方向の長さ（図７中の左右方向の長さ）は、該セル５及び該セルホルダー６等の形状により適宜選択される。該セルのシール部３２及び該セルホルダーの内側シール部３３と接触する部分４１の厚み、及び該セルホルダーの外側シール部３４と接触する部分４２の厚みは、該セルのシール部と該セルホルダーの厚みの差や、該ガスケットの材質、各部材の大きさ、使用ガスの圧力等により、適宜選択される。
【００４１】
図８に示す複合ガスケット５５は、大径ガスケット５５ａと小径ガスケット５５ｂとの重ね合わせである。
【００４２】
該大径ガスケット５５ａでは、該大径ガスケット５５ａの内側端部５７の位置は、該隙間２９より内側であり、また、該大径ガスケット５５ａの外側端部５６の位置は、該小径ガスケット５５ｂの外側端部５８の位置より外側であればよいが、該セルホルダー６の外側端部近傍が好ましい。
【００４３】
該小径ガスケット５５ｂでは、該小径ガスケット５５ｂの内側端部５９の位置は、該隙間２９より内側であり、また、該小径ガスケット５５ｂの外側端部５８の位置は、該隙間２９より外側であり且つ該大径ガスケット５５ａの外側端部５６の位置より内側であればよい。つまり、該小径ガスケット５５ｂの外径は、該大径ガスケット５５ａの外径より小さい。よって、該隙間２９は、該大径ガスケット５５ａ及び該小径ガスケット５５ｂの両方により覆われる。
【００４４】
該大径ガスケット５５ａ及び該小径ガスケット５５ｂの中心方向の長さ（図８中の左右方向の長さ）は、該セル５及び該セルホルダー６等の形状により適宜選択される。該大径ガスケット５５ａ及び該小径ガスケット５５ｂの厚さは、該セルのシール部と該セルホルダーとの厚みの差や、該ガスケットの材質、各部材の大きさ、使用ガスの圧力等により、適宜選択される。
【００４５】
図９に示す複合ガスケット６１は、外側ガスケット６１ａと内側ガスケット６１ｂとの組合わせである。
【００４６】
該外側ガスケット６１ａでは、該外側ガスケット６１ａの内側端部６３の位置は、該隙間２９より外側であり且つ該内側ガスケット６１ｂの外側端部６４と同じかそれより外側であり、また、該外側ガスケット６１ａの外側端部６２の位置は、特に制限されないが、該セルホルダー６の外側端部近傍が好ましい。
【００４７】
該内側ガスケット６１ｂでは、該内側ガスケット６１ｂの内側端部６５の位置は、該隙間２９より内側であり、また、該内側ガスケット６１ｂの外側端部６４の位置は、該隙間２９より外側であり且つ該外側ガスケット６１ａの内側端部６３の位置と同じか、それより内側であればよい。つまり、該外側ガスケット６１ａは、該内側ガスケット６１ｂの外側に配置されている。よって、該隙間２９は、該内側ガスケット６１ａにより覆われる。該内側ガスケット６１ｂの厚みは、該外側ガスケット６１ａの厚みより大きい。
【００４８】
該外側ガスケット６１ａ及び該内側ガスケット６１ｂの中心方向の長さ（図９中の左右方向の長さ）は、該セル５及び該セルホルダー６等の形状により適宜選択される。該外側ガスケット６１ａ及び該内側ガスケット６１ｂの厚さは、該セルのシール部と該セルホルダーとの厚みの差や、該ガスケットの材質、各部材の大きさ、使用ガスの圧力等により、適宜選択される。
【００４９】
図１〜図６では、該セル及び該セルホルダーの上下の両方に、該複合ガスケットが配置されているが、本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックでは、該セル及び該セルホルダーの上下のいずれか一方のガスケットが、該複合ガスケットであれば、本発明の効果を奏するので、該セル及び該セルホルダーの上下のいずれか一方は、中心方向に見たときの厚みが一定のガスケットであってもよい。
【００５０】
本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックは、該セル及び該セルホルダーと該インタコネクターとが交互に積層された積層物を有している。
【００５１】
図１〜図６で示した本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの形態例は、該積層物内に、燃料極側ガスを供給するための燃料極側マニホールド及び該積層物内から電池反応に使用されなかった燃料極側ガスを排気するための燃料極側ガスマニホールドが形成され、また、該積層物内に空気極側ガスを供給するためのマニホールド及び該積層物内から電池反応に使用されなかった空気極側ガスを排気するための空気極側ガスマニホールドが形成されている。そして、該積層物内に、該燃料極側ガスマニホールドから各燃料極層へ該燃料極側ガスを供給するための燃料極側ガス供給経路及び各燃料極層から該燃料極側ガスマニホールドに該燃料極側ガスを排気するための燃料極側ガス排気経路が形成されており、且つ、該燃料極側ガス供給経路及び該燃料極側ガス排気経路は、一方が該燃料極側ガスマニホールドに繋がり、他方が該燃料極層に繋がっている。そして、該積層物内には、該空気極側ガスマニホールドから各空気極層へ該空気極側ガスを供給するための空気極側ガス供給経路及び各空気極層から該空気極側ガスマニホールドに該空気極側ガスを排気するための空気極側ガス排気経路が形成されており、且つ、該空気極側ガス供給経路及び該空気極側ガス排気経路は、一方が該空気極側ガスマニホールドに繋がり、他方が該空気極層に繋がっている。本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックは、これに限定されるものではない。なお、図１〜図６で示した本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの形態例は、燃料極側ガスマニホールドと空気極側ガスマニホールドとが、セルの中心に対して対極に形成されているが、燃料極側ガスマニホールド同士、空気極側ガスマニホールド同士が、セルの中心に対して対極に形成されていてもよい。
【００５２】
本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの他の形態例としては、例えば、該積層物に、燃料極側ガスを供給するためのガスマニホールドと、空気極側ガスを供給するためのガスマニホールドとが形成されており、且つ、該積層物に、該燃料極層からのガスを直接外部へ排気する燃料極側ガス排気経路と、該空気極層からのガスを直接外部へ排気する空気極側ガス排気経路が形成されている形態例や、該積層物に、燃料極側ガスを供給するためのガスマニホールドと、空気極側ガスを供給するためのガスマニホールドとが形成されており、且つ、該積層物に、該燃料極層からのガスを排気するためのガスマニホールド又は該空気極層からのガスを排気するためのガスマニホールドのいずれか一方が形成されている形態例が挙げられる。
【００５３】
該積層物には、各燃料極層へ燃料極側ガスを供給するための燃料極側ガス供給経路、各燃料極層から燃料極側ガスを排気するための燃料極側ガス排気経路、各空気極層へ空気極側ガスを供給するための空気極側ガス供給経路及び各空気極層から空気極側ガスを排気するための空気極側ガス排気経路が形成されている。
【００５４】
なお、図２及び図３では、該積層物中の該セルホルダーの存在する場所に、縦に該燃料極側ガスマニホールド及び該空気極側ガスマニホールドが形成されており、また、該燃料極側ガスマニホールド及び該空気極側ガスマニホールドがそれぞれ２個ずつであり、また、該インターコネクターに該燃料極側ガス供給経路、該燃料極側ガス排気経路、該空気極側ガス供給経路及び該空気極側ガス排気経路が形成されているが、これに限定されるものではなく、該燃料極側ガスマニホールド及び該空気極側ガスマニホールドの形成位置、形状及び数、並びに該燃料極側ガス供給経路、該燃料極側ガス排気経路、該空気極側ガス供給経路及び該空気極側ガス排気経路の形状及び形成位置等は、適宜選択される。
【００５５】
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
【００５６】
（実施例及び比較例）
以下の４種類のスタックを３個ずつ作製した。
スタック１：単セル外径がφ５２ｍｍ、インターコネクターの外径がφ８０ｍｍ、スタック全体の外径がφ１１０ｍｍの本発明の形態例のスタック（複合ガスケットを使用）
スタック２：単セル外径がφ５２ｍｍ、インターコネクターの外径がφ８０ｍｍ、スタック全体の外径がφ１１０ｍｍの従来のスタック（厚さが均一なガスケットを使用）
スタック３：単セル外径がφ１００ｍｍ、インターコネクターの外径がφ１４０ｍｍ、スタック全体の外径がφ１８０ｍｍの本発明の形態例のスタック（複合ガスケットを使用）
スタック４：単セル外径がφ１００ｍｍ、インターコネクターの外径がφ１４０ｍｍ、スタック全体の外径がφ１８０ｍｍの従来のスタック（厚さが均一なガスケットを使用）
次いで、各スタックの開放起電力を測定した。その結果を表１に示す。
・試験条件：温度８００℃、供給ガス：水素、空気
【００５７】
【表１】
2009217959.tif 000003
【００５８】
上記試験結果、単セル外径がφ５２ｍｍの場合は、本発明の形態例のスタック及び従来のスタック共に、スタック１段当たりの開放起電力が高く、十分ガスシール性が確保されていることがわかる。一方、単セル外径がφ１００ｍｍと大きくなると、本発明の形態例のスタックでは、ガスシール性が十分確保され、スタック１段当たりの開放起電力が高いが、従来のスタックでは、スタック１段当たりの開放起電力が低いか、あるいは、締付時にセルが破損してしまった。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、シート状のガスケットを用いる平板型固体酸化物形燃料電池スタックであって、燃料極と空気極との間で、ガスのリークが少ない平板型固体酸化物形燃料電池スタックを、効率よく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの模式的な端面図であり、図２中のｘ−ｘ線で切ったときの端面図である。
【図２】本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの模式的な平面図である。
【図３】本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックの模式的な端面図であり、図２中のｙ−ｙ線で切ったときの端面図である。
【図４】図１中のガスケットの配置を示す平面図である。
【図５】締付ボルトで締付ける前の図１中の各部材の配置を示す模式的な端面図である。
【図６】図５中の該ガスケット位置を示す端面図である。
【図７】本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックに係る該複合ガスケットの第一の形態例の模式的な端面図である。
【図８】本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックに係る該複合ガスケットの第二の形態例の模式的な端面図である。
【図９】本発明の平板型固体酸化物形燃料電池スタックに係る該複合ガスケットの第三の形態例の模式的な端面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１          平板型固体酸化物形燃料電池スタック
２          電解質層
３          燃料極層
４          空気極層
５          セル
６          セルホルダー
７          インターコネクター
８          複合ガスケット
９          絶縁板
１０        締付板
１１        締付ボルト
１２        締付ナット
１３        積層物
２１        燃料極側ガスマニホールド
２２        空気極側ガスマニホールド
２３        燃料極側ガス供給経路
２４        空気極側ガス供給経路
２５        燃料極側ガスの供給口
２６        空気極側ガスの供給口
２７        セルの外側の輪郭
２８        セルホルダーの内側の輪郭
２９        隙間
３０        スタック組付体
３１        インターコネクターのシール部
３２        セルのシール部
３３        セルホルダーの内側シール部
３４        セルホルダーの外側シール部
４１        該セルのシール部３２及び該セルホルダーの内側シール部３３と該インターコネクターのシール部３１との間に配置される部分
４２        該セルホルダーの外側シール部３４と該インターコネクターのシール部３１との間に配置される部分
５１        該セルのシール部３２及び該セルホルダーの内側シール部３３と該インターコネクターのシール部３１との間に配置される部分４１の外側端部
５２        該セルのシール部３２及び該セルホルダーの内側シール部３３と該インターコネクターのシール部３１との間に配置される部分４１の内側端部
５３        該セルホルダーの外側シール部３４と該インターコネクターのシール部３１との間に配置される部分４２の外側端部
５５        複合ガスケット
５５ａ      大径ガスケット
５５ｂ      小径ガスケット
５６        大径ガスケットの外側端部
５７        大径ガスケットの内側端部
５８        小径ガスケットの外側端部
５９        小径ガスケットの内側端部
６１        複合ガスケット
６１ａ      外側ガスケット
６１ｂ      内側ガスケット
６２        外側ガスケットの外側端部
６３        外側ガスケットの内側端部
６４        内側ガスケットの外側端部
６５        内側ガスケットの内側端部
【図１】
2009217959.tif 000004
【図２】
2009217959.tif 000005
【図３】
2009217959.tif 000006
【図４】
2009217959.tif 000007
【図５】
2009217959.tif 000008
【図６】
2009217959.tif 000009
【図７】
2009217959.tif 000010
【図８】
2009217959.tif 000011
【図９】
2009217959.tif 000012