JP2000003715A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】両電極に供給される反応ガスが面内に均等に分
配され、高性能の運転が可能なものとする。 【解決手段】固体電解質の両面にアノ─ド電極とカソ─
ド電極を配して形成された電極・電解質集合体とセパレ
─タとを流路構成部材を介装して交互に積層して構成す
るものにおいて、円板状薄板をレーザ加工、フライス加
工することにより、等角度の間隔をおいて中央部より外
周部へと放射状に延伸する複数のリブ１を一体に形成し
て、上記の流路構成部材を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質を用い
て電気化学反応によってギブスの自由エネルギーを電気
エネルギーに変換する固体電解質型燃料電池に係わり、
特に平板型支持膜方式の固体電解質型燃料電池に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】イットリア安定化ジルコニア等の酸化物
固体電解質を用いる燃料電池は、その作動温度が 800℃
〜1000℃という高温であるため、発電効率が高く、触媒
も不要であり、改質系の簡略化も期待できるという利点
を有する。また、電解質が固体であるので、取り扱いが
容易で、かつ長期的に安定性に優れるという特徴も有
し、さらにガスタービン等との複合発電も期待されるな
ど、次世代の燃料電池として有望視されている。現在、
固体電解質燃料電池は円筒型と平板型とに大別され、さ
らに平板型は、セルの構造上大きく２つに分類される。
一つは、焼結法等により作成した自立した電解質の両側
にアノード電極とカソード電極を形成することによって
セルを構成する自立膜方式の固体電解質燃料電池であ
り、もう一つは、多孔質基板上にアノード電極、電解
質、カソード電極を形成することによってセルを構成す
る支持膜方式の固体電解質燃料電池である。円筒型は、
複雑なガス流路や、集電突起を備えたセパレータや、ガ
スシールとを特に必要とせず、スタック化が比較的容易
なため開発が進んでいるが、平板型と比較して電池単位
体積当たりの出力密度が低くなることが指摘されてい
る。そこで、高出力密度が期待され、セルの大面積化が
可能な平板型支持膜方式の固体電解質燃料電池の開発
が、近年、盛んに進められている。

【０００３】図１９は、従来の平板型支持膜方式の固体
電解質燃料電池の基本構成を示す要部の積層方向の断面
図である。強度を備えた円板状の多孔質基板２１の一方
の主面に、ニッケル・ジルコニアサーメットよりなるア
ノード電極２２、イットリア安定化ジルコニアよりなる
電解質２３を形成し、さらにその上にランタンマンガナ
イトからなるカソード電極２４を形成して電極・電解質
集合体２０が構成されている。さらに、電極・電解質集
合体２０の両主面に、集電体の機能を果たすとともに燃
料ガスの流路を構成するリブ２５Ａを接合したニッケル
クロム合金製の平板状のセパレータ２６と、同じく集電
体の機能を果たすとともに酸化剤ガスの流路を構成する
リブ２５Ｂを接合したニッケルクロム合金製の平板状の
セパレータ２６とを配して単位セルが構成されており、
この単位セルを複数個積層し、加圧挟持することにより
固体電解質燃料電池が構成されている。

【０００４】図２０は、リブ２５Ａの配置状況を示す斜
視図で、複数のリブ２５Ａが、中央部から外周部へと、
等角度の間隔を保持して、放射状に配されている。な
お、リブ２５Ｂもリブ２５Ａと同様に配置されている。
本構成において、燃料ガスは、セパレータ２６の燃料ガ
ス導入路２７を通して中央部の導入孔２７ａより導入さ
れ、リブ２５Ａの間に形成された燃料ガス流路を外周方
向へと流れ、多孔質基板２１の空隙を通してアノード電
極２２へと供給される。また、酸化剤ガスは、セパレー
タ２６の酸化剤ガス導入路２８を通して中央部の導入孔
２８ａより導入され、リブ２５Ｂの間に形成された酸化
剤ガス流路を外周方向へと流れて、カソード電極２４へ
供給される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、アノー
ド電極２２へ燃料ガスを、またカソード電極２４へ酸化
剤ガスを供給すれば、電気化学反応を生じて、両電極間
に電圧が発生し、外部に電気エネルギーが取り出される
こととなる。発電を効率よく行うためには、燃料ガスと
酸化剤ガスがアノード電極２２あるいはカソード電極２
４へ均一に分散して供給される必要があり、それぞれ、
放射状に形成されたガス流路を均一に分散して通流する
ことが要求される。

【０００６】しかしながら、図２０に示したごとく、従
来の構成においては、短冊状のリブ２５Ａ、あるいはリ
ブ２５Ｂをセパレータ２６の上にスポット溶接により接
合する構成であり、セパレータ２６の上に精度良く等間
隔に配置することが困難であるため、形成されたガス流
路は必ずしも一様ではなく、このガス流路を流れる燃料
ガスあるいは酸化剤ガスの流れに偏りが生じて、所定の
特性が得られなくなるという問題点があった。

【０００７】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点を解消し、両電極に供給された反応ガスが面内で偏
りを生じることなく均等に分配されて通流する構成を備
え、高性能の運転が可能な固体電解質型燃料電池を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、固体電解質の両面にアノード
電極とカソード電極を配した板状の電極・電解質集合体
の両主面に、集電機能ならびにガス流路構成機能を有す
る流路構成部材と、中央部にガス導入部を備えた板状の
セパレータとを配して構成された単位セルを積層してな
り、アノード電極側に配した流路構成部材により形成さ
れたガス流路に燃料ガスを通流し、カソード電極側に配
した流路構成部材により形成されたガス流路に酸化剤ガ
スを通流して、電気化学反応により電気エネルギーを得
る固体電解質型燃料電池において、 （１）電極・電解質集合体の両主面に配された前記の流
路構成部材を、それぞれ一体に形成して構成することと
し、例えば、 （1a）等角度の間隔をもって配された中央部より外周部
へと放射状に延伸する複数の同一形状のリブを一体に形
成して構成する。

【０００９】（1b）あるいは、中央部より外周部へと渦
巻状に形成されたリブより構成する。 （1c）あるいは、中央部より等角度の間隔をもって放射
状に配された複数の凸部を、プレス加工により形成して
備えた円板より構成する。 （1d）あるいは、等角度の間隔を備えて配された中央部
より外周部へと蛇行して延伸する複数の同一形状のリブ
を一体に形成して構成することとする。

【００１０】（1e）あるいは、（1a）において、さらに
外周部にガスの通流を制限する絞り機構を備えることと
する。 （２）また、電極・電解質集合体の両主面に配された前
記の流路構成部材の外周部に、ガスの通流を制限するガ
ス絞りリングを備えることとし、例えば、 （2a）複数のガス通流溝を備えた中空円板を備える。

【００１１】（2b）あるいは、複数個のガス通流溝を等
間隔に配置し、湾曲形状の部材で連結して配置すること
とする。 上記の（１）のごとく、レーザー加工、フライス加工、
プレス加工等により流路構成部材を一体に形成して構成
することとすれば、従来の接合法に比べて、形成される
ガス流路の形状寸法の製作精度が大幅に向上する。した
がって、例えば（1a）、（1c）、（1d）のごとくとすれ
ば、反応ガスは、精度良く形成された複数のガス流路を
中央部から外周方向へと均等に通流し、効率的に発電さ
れることとなる。また、（1b）のごとくとすれば、面内
位置および流路断面積が精度良く形成された渦巻状のガ
ス流路を中央部から外周方向へと通流し、効率的に発電
されることとなる。また、（1e）のごとくとすれば、絞
り機構がガス通流路の圧力損失の過半を占め、分流して
流れる各流路のガス流量を支配するので、各流路に均等
にガスを通流させることが容易となる。

【００１２】また、上記の（２）のごとく、流路構成部
材の外周部に、例えば（2a）あるいは（2b）のようにガ
スの通流を制限するガス絞りリングを備えることとすれ
ば、ガスの流れはガス通流溝で絞られて大きな圧力損失
を生じ、分配されて流れるガスの流量を左右することと
なる。したがって、例えば、セパレータにリブを接合し
てガス流路を形成する従来例のごとき構成において外周
部にガス絞りリングを備えれば、製作精度の制約により
リブの接合位置にずれが生じても、ガスの流量はガス通
流溝の圧力損失で定まるので、複数のガス通流溝を適正
に形成し、配置すれば、ガスを面内に均等に分配して通
流させることができ、効率的な発電ができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】＜実施例１＞図１は、本発明の固
体電解質型燃料電池の第１の実施例に用いられている流
路構成部材の斜視図である。本実施例の流路構成部材
は、導電性で、かつ耐熱、耐酸化性材料であるニッケル
クロム合金の円板状薄板を、レーザ加工およびフライス
加工を行って形成したものである。図に見られるよう
に、本流路構成部材は、中央部から外周へと等角度間隔
で放射状に配した矩形断面の８本のリブ１を中央部およ
び外周の溝部２により連結して、一体化構造に構成され
ている。

【００１４】図２は、本流路構成部材と隣接して配され
るセパレータとの組立状態を示す斜視図である。図に見
られるように、本流路構成部材は、リブ１と溝部２の下
面をセパレータ３の上面に接して組み立てられる。ま
た、本流路構成部材の上面には図示しない電極・電解質
集合体が配され、リブ１の上面を電極・電解質集合体の
表面に接して組み立てられるので、セパレータ３と電極
・電解質集合体との間には、８個の同一形状の扇形状の
空間が等角度間隔で形成されることとなる。したがっ
て、これら８個の扇形状の空間に対応してセパレータ３
の中央近傍に設けられたガス導入孔４より反応ガス、す
なわち、アノード電極に近接する扇形状空間の場合には
燃料ガスを、またカソード電極に近接する扇形状空間の
場合には酸化剤ガスを導入すれば、これらの反応ガス
は、図２に示したごとく、８個の扇形状の空間を均等に
分布して流れ、電極・電解質集合体へ供給されて電気化
学反応に寄与する。また、電気化学反応に用いられなか
った残余のガスは、扇形状の空間を流れたのち、外周の
溝部２より外部へと排出される。

【００１５】本実施例の流路構成部材は、レーザ加工お
よびフライス加工により、等角度間隔で放射状に配した
リブ１の一体化構造に構成されており、製作精度、組立
時の相対位置精度が改善され、リブ１の間に扇形状の空
間として形成されるガス流通路が精度よく均等に配され
るので、反応ガスがより均等に分布して供給されるの
で、効率的に発電運転が行われることとなる。

【００１６】なお、本実施例では８本のリブ１をもつも
のとして流路構成部材を構成しているが、リブ１は８本
に限るものではなく、より少数のものでも、またより多
数のものでも、同様な効果を得ることができる。 ＜実施例２＞図３は、本発明の固体電解質型燃料電池の
第２の実施例に用いられている流路構成部材の斜視図で
ある。本実施例の流路構成部材は、第１の実施例の流路
構成部材と同様に、ニッケルクロム合金の円板状薄板に
レーザ加工およびフライス加工を行って形成したもの
で、図に見られるように、中央部から外周へと等角度間
隔で放射状に配した矩形断面の８本のリブ１Ａを中央部
および外周部で連結して一体化構造に構成されており、
隣接するリブ１Ａとリブ１Ａとの間に形成される各ガス
流通路に対応して、リブ１Ａと同一高さの外周部に、内
部と外部を連通する蛇行状の溝部２Ａが形成されている
のが特徴である。

【００１７】図４は、本流路構成部材と隣接して配され
るセパレータとの組立状態を示す斜視図である。本流路
構成部材は、リブ１Ａと外周部の下面をセパレータ３の
上面に接し、リブ１Ａと外周部の上面を図示しない電極
・電解質集合体の表面に接して組み立てられるので、セ
パレータ３と電極・電解質集合体との間に８個の同一形
状の扇形状の空間が形成される。ガス導入孔４より導入
された反応ガスは、扇形状の空間を流れたのち、絞り機
能を果たす蛇行状の溝部２Ａを通流して外部へ排出され
ることとなる。

【００１８】本実施例の流路構成部材は、第１の実施例
の流路構成部材と同様に一体化構造で精度よく製作さ
れ、形成されるガス流通路が精度よく均等に配される。
さらに本構成では、外周部に備えた絞り機能を果たす蛇
行状の溝部２Ａを通流する構成としているので、各ガス
流通路の圧力損失の過半をこの蛇行状の溝部２Ａの圧力
損失が占めることとなり、各ガス流通路の溝部２Ａを均
一に形成することにより、より確実に反応ガスを各ガス
流通路に均等に分流させることができる。

【００１９】＜実施例３＞図５は、本発明の固体電解質
型燃料電池の第３の実施例に用いられている流路構成部
材の斜視図である。また、図６は、本流路構成部材と隣
接して配されるセパレータとの組立状態を示す斜視図で
ある。本実施例の流路構成部材も、第１あるいは第２の
実施例の流路構成部材と同様に、ニッケルクロム合金の
円板状薄板にレーザ加工およびフライス加工を行って形
成したもので、中央部から外周へと等角度間隔で放射状
に配した矩形断面の８本のリブ１Ｂを中央部および外周
部で連結して一体化構造に構成し、隣接するリブ１Ｂと
リブ１Ｂとの間に形成される各ガス流通路に対応して、
リブ１Ｂと同一高さの外周部に絞り孔１１を設けて、扇
状の内部と外部とを連通するよう構成している。

【００２０】したがって、本実施例の構成においては、
絞り孔１１が第２の実施例の溝部２Ａと同様に絞り機能
を果たし、より確実に反応ガスを各ガス流通路に均等に
分流させることができる。なお、上述の第２、第３の実
施例では流路構成部材が８本のリブをもつものとして構
成しているが、リブは８本に限るものではなく、より少
数のものでも、またより多数のものでも、同様な効果を
得ることができる。

【００２１】＜実施例４＞図７は、本発明の固体電解質
型燃料電池の第４の実施例に用いられている流路構成部
材の平面図である。本実施例の流路構成部材は、導電性
で、かつ耐熱、耐酸化性材料であるニッケルクロム合金
の円板状薄板をレーザ加工して一体に形成したもので、
図に見られるように、中央部から外周へと同一間隔を保
って渦巻状に配された同一幅の渦巻状リブ５より形成さ
れている。

【００２２】図８は、本実施例の流路構成部材と隣接し
て配されるセパレータとの組立状態を示す平面図で、図
に見られるように、本流路構成部材は、渦巻状リブ５の
片面をセパレータ３Ａの上面に接して組み立てられる。
また、本流路構成部材の渦巻状リブ５のもう一方の面に
は図示しない電極・電解質集合体が配され、セパレータ
３Ａと電極・電解質集合体との間には、中央部から外周
へと渦巻状につながるガス流路が形成される。したがっ
て、セパレータ３Ａの中央部に備えたガス導入孔４Ａと
り反応ガスを導入すると、反応ガスは渦巻状のガス流路
を周方向に流れながら電極・電解質集合体へと供給さ
れ、電気化学反応に寄与し、残余のガスは外周より外部
へと排出される。

【００２３】本実施例の流路構成部材はレーザ加工によ
って一体に加工されているので、高精度の渦巻形状を形
成することが可能で、リブの間隙に形成されるガス流路
の断面積を均一度よく形成することができるので、反応
ガスが面内に均等に供給されるので、効率的に発電運転
が行われることとなる。 ＜実施例５＞図９は、本発明の固体電解質型燃料電池の
第５の実施例に用いられている流路構成部材の基本構成
図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の断
面図である。本実施例の流路構成部材は、導電性で、か
つ耐熱、耐酸化性材料であるニッケルクロム合金の円板
状薄板をプレス加工し、複数の円形の凸部を一体に形成
したもので、図に見られるように、円板状薄板の中央部
より外周へと配列された凸部７が、等角度で分散されて
配されており、中央部にはガス通流孔８が設けられてい
る。

【００２４】図１０は、本実施例の流路構成部材と隣接
して配されるセパレータとの組立状態を示す斜視図で、
図に見られるように、本流路構成部材は平坦部６の裏面
をセパレータ３Ｂの上面に接して組み立てられる。ま
た、本流路構成部材の凸部７の上面には図示しない電極
・電解質集合体が配され、セパレータ３Ｂと電極・電解
質集合体との間には、複数の凸部７の間隙に径方向なら
びに周方向につながるガス流路が形成される。したがっ
て、セパレータ３Ｂの図示しないガス導入孔より導いた
反応ガスを中央部のガス通流孔８を通して平坦部６の上
面へと導けば、反応ガスは複数の凸部７の間隙に形成さ
れたガス流路を径方向ならびに周方向へと流れ、電極・
電解質集合体に供給されて電気化学反応に寄与すること
となる。

【００２５】本構成においても、プレス加工によって凸
部７を精度よく、かつ均等に配して形成できるので、反
応ガスが面内に均等に分流して供給され、効率的に発電
を行うことができる。 ＜実施例６＞図１１は、本発明の固体電解質型燃料電池
の第６の実施例に用いられている流路構成部材の平面図
である。本実施例の流路構成部材も、ニッケルクロム合
金の円板状薄板にレーザ加工を行って一体に形成したも
のである。本流路構成部材は、中央部から外周方向へと
放射状に配した蛇行する８本のリブ１Ｃを中央部で連結
して、一体化構造に構成されており、図に見られるよう
に、リブ１Ｃを、径方向の直線部と周方向の円弧部との
連結体として構成したことが特徴である。すなわち、リ
ブ１Ｃは、中央部から直線部Ａ、円弧部Ｂ、直線部Ｃ、
円弧部Ｅ、直線部Ｆ、円弧部Ｈを連結した構造をもち、
さらに直線部Ｃ、および直線部Ｆに、それぞれ円弧部
Ｄ、円弧部Ｇが付設されている。

【００２６】図１２は、本実施例の流路構成部材と隣接
して配されるセパレータとの組立状態を示す平面図で、
図に見られるように、本流路構成部材は、片面をセパレ
ータ３Ｃの上面に接して組み立てられる。本流路構成部
材のもう一方の面には図示しない電極・電解質集合体が
配され、セパレータ３Ｃと電極・電解質集合体との間に
は、８本のリブ１Ｃの間に図示したごとく蛇行するガス
流路が形成される。セパレータ３Ｃの中央部に設けられ
た８個のガス導入孔４Ｂより導入された反応ガスは、形
成された８個の蛇行するガス流路を通流して外周部の開
口部より外部へ排出される。

【００２７】本実施例の流路構成部材は、レーザ加工に
より形成したリブ１Ｃの一体化構造に構成されているの
で、製作精度、組立時の相対位置精度に優れ、リブ１Ｃ
の間に形成されるガス流通路が精度よく均等に配され、
反応ガスが面内に均等に分布して供給される。さらに本
構成ではガス流路が蛇行流路に形成されているので、流
路抵抗が高くなり、８個のガス流路への均等な分流がよ
り確実に行われることとなる。

【００２８】また、イットリア安定化ジルコニアよりな
る電解質の両主面にニッケル・ジルコニアサーメットよ
りなるアノード電極とランタンマンガナイトからなるカ
ソード電極を配した電極・電解質集合体の熱膨張係数
と、ニッケルクロム合金よりなる流路構成部材の熱膨張
係数との間には大きな差があるため、常温から高温の運
転条件へと昇温すると、電極・電解質集合体と流路構成
部材の間には熱膨張の差が生じ、それぞれの部材に熱応
力が加わって、強度に劣る電極・電解質集合体に亀裂を
生じる恐れがあるが、本実施例のごとく径方向の直線部
と周方向の円弧部との連結体よりなるリブ１Ｃにより流
路構成部材を構成すれば、円弧部の周方向への変形によ
り電極・電解質集合体に加わる熱応力が緩和されるの
で、電極・電解質集合体の亀裂の発生を防止することが
できる。

【００２９】なお、本実施例では８本のリブ１Ｃをもつ
ものとして流路構成部材を構成しているが、リブ１Ｃは
８本に限るものではなく、より少数のものでもよく、ま
たより多数のものでもよい。 ＜実施例７＞図１３は、本発明の固体電解質型燃料電池
の第７の実施例に用いられている流路構成部材の平面図
である。本実施例の流路構成部材も、ニッケルクロム合
金の円板状薄板にレーザ加工を行って一体に形成したも
のである。第６の実施例の流路構成部材が、径方向の直
線部と周方向の円弧部との連結体として形成したリブ１
Ｃを用いているのに対して、本実施例では、周方向のみ
ならず径方向に延びる部分も円弧状とし、複数の円弧部
の連結体として形成されたリブ１Ｄを等角度間隔で放射
状に配して流路構成部材を構成している点が特徴であ
る。

【００３０】したがって本構成では、第６の実施例と同
様に、ガス流通路が精度よく均等に配され、かつ蛇行流
路に形成されているので、反応ガスが８個のガス流路へ
均等に分流され、効率的に発電がおこなわれる。とくに
本構成では、ガス流通路を形成するリブ１Ｄが複数の円
弧部の連結体として形成されているので、発電運転温度
への昇温に伴って電極・電解質集合体と流路構成部材の
間に生じる熱応力がリブ１Ｄの円弧部の変形により吸収
され、電極・電解質集合体に加わる熱応力が緩和される
ので、電極・電解質集合体の亀裂の発生の防止に効果的
である。

【００３１】なお、本実施例においても８本のリブ１Ｄ
をもつものとして流路構成部材を構成しているが、リブ
１Ｄは８本に限るものではなく、より少数のものでもよ
く、またより多数のものでもよい。 ＜実施例８＞図１４は、本発明の固体電解質型燃料電池
の第８の実施例において流路構成部材の外周部に配され
たガス絞りリングの構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）
はＢ−Ｂ面における断面図である。図に見られるよう
に、絞りリング９は、薄肉の円筒に８個の径方向に延伸
する同一形状のガス通流溝１０を等間隔に形成すること
により構成されている。

【００３２】図１５は、本実施例のガス絞りリングと流
路構成部材および隣接して配されるセパレータとの組立
状態を示す平面図である。等角度間隔で配された８個の
リブ１Ｅよりなる一体に形成された流路構成部材がセパ
レータ３Ｄに接して配され、さらに、セパレータ３Ｄの
外周とほぼ同一の外周を備えたガス絞りリング９が流路
構成部材の外側に配されている。リブ１Ｅとガス絞りリ
ング９は、積層方向の高さを同一に形成されており、セ
パレータ３Ｄに接する面と反対側の面は図示しない電極
・電解質集合体に接して配され、セパレータ３Ｄと電極
・電解質集合体との間には、８個の扇形のガス流路が形
成される。すなわち、反応ガスは、セパレータ３Ｄの中
央近傍に設けられたガス導入孔４Ｃより扇形のガス流路
へと導かれて電極・電解質集合体に供給され、残余のガ
スはガス絞りリング９に設けられたガス通流溝１０を通
して外部へと排出される。

【００３３】本構成では、ガス通流溝１０によりガス流
路が絞られ、ガス流路の圧力損失の大半をガス通流溝１
０の圧力損失が占めることとなるので、同一形状のガス
通流溝１０を各ガス流路に配することによって、反応ガ
スを均等に分流させることができ、効率的に発電運転で
きる。 ＜実施例９＞図１６は、本発明の固体電解質型燃料電池
の第９の実施例において流路構成部材の外周部に配され
たガス絞りリングの構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）
はＣ−Ｃ面における断面図である。

【００３４】本構成の特徴は、ガス絞りリング９Ａに設
けられた８個のガス通流溝１０Ａが、いずれも径方向に
対して傾斜する方向に延伸するよう形成されていること
にある。したがって、ガス通流溝１０Ａの長さは、第８
の実施例のガス絞りリング９に形成されたガス通流溝１
０に比較して相対的に長くなり、相応してガス通流溝１
０Ａの圧力損失が大きくなるなるので、反応ガスの均等
分流がより確実に行われることとなる。

【００３５】＜実施例１０＞図１７は、本発明の固体電
解質型燃料電池の第１０の実施例において流路構成部材
の外周部に配されたガス絞りリングの構成図で、（ａ）
は平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ面における断面図である。本
構成では、ガス絞りリング９Ｂを、同一形状の８個のガ
ス通流溝１０Ｂを曲がりをもつフレキシブルリブにより
連結する構成とし、かつ、ガス通流溝１０Ｂを円周上に
均等な間隔で配置している。

【００３６】図１８は、本実施例のガス絞りリングと流
路構成部材および隣接して配されるセパレータとの組立
状態を示す平面図である。等角度間隔で配された８個の
リブ１Ｅよりなる一体に形成された流路構成部材がセパ
レータ３Ｅに接して配され、さらに、流路構成部材の外
側のセパレータ３Ｅの外周部にガス絞りリング９Ｂが配
されている。本構成においても、リブ１Ｅとガス絞りリ
ング９Ｂは、積層方向の高さを同一に形成されており、
セパレータ３Ｅに接する面と反対側の面は図示しない電
極・電解質集合体に接して配され、セパレータ３Ｅと電
極・電解質集合体との間には、８個の扇形のガス流路が
形成される。反応ガスは、セパレータ３Ｅの中央近傍に
設けられたガス導入孔４Ｄより扇形のガス流路へと導か
れて電極・電解質集合体に供給され、残余のガスはガス
通流溝１０Ｂより外部へと排出される。

【００３７】本構成においては、ガス通流溝１０Ｂによ
り、第８ならびに第９の実施例と同様に、反応ガスを均
等に分流させることができるので効率的に発電運転を行
うことができ、かつ、ガス絞りリング９Ｂをフレキシブ
ルリブにより連結する構成としているので、温度上昇に
伴う熱応力を効果的に吸収するので、電極・電解質集合
体に生じる熱応力が緩和され、損傷が防止される。

【００３８】なお、上記の第８、第９ならびに第１０の
実施例に示したガス絞りリングでは、いずれも８個のガ
ス通流溝を備えるものとして表示しているが、これらは
８つのガス流路に分流する流路構成部材に対応して組み
込み配置するものを例示したものであり、ガス絞りリン
グには流路構成部材で形成されるガス流路の分流数にあ
わせたガス通流溝を備えることとすればよい。

【００３９】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、固体電
解質の両面にアノード電極とカソード電極を配した板状
の電極・電解質集合体の両主面に、集電機能ならびにガ
ス流路構成機能を有する流路構成部材と、中央部にガス
導入部を備えた板状のセパレータとを配して構成された
単位セルを積層してなり、アノード電極側に配した流路
構成部材により形成されたガス流路に燃料ガスを通流
し、カソード電極側に配した流路構成部材により形成さ
れたガス流路に酸化剤ガスを通流して、電気化学反応に
より電気エネルギーを得る固体電解質型燃料電池におい
て、 （１）請求項１のごとく、電極・電解質集合体の両主面
に配された前記の流路構成部材を、それぞれ一体に形成
して構成することとし、例えば、請求項２ないし７に記
載のごとく流路構成部材を構成することとしたので、反
応ガスが面内で偏りを生じることなく均等に分配されて
通流することとなり、高性能の運転が可能な固体電解質
型燃料電池が得られることとなった。

【００４０】（２）また、請求項８のごとく電極・電解
質集合体の両主面に配された前記の流路構成部材の外周
部に、ガスの通流を制限するガス絞りリングを備えるこ
ととし、例えば、請求項９あるいは１０に記載のごとく
とすれば、ガス通流溝の圧力損失で反応ガスの流量が調
整され、面内で偏りを生じることなく均等に分配されて
通流することとなるので、高性能の運転が可能な固体電
解質型燃料電池として好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体電解質型燃料電池の第１実施例に
使用の流路構成部材の斜視図

【図２】第１実施例に使用の流路構成部材と隣接して配
されるセパレータとの組立状態を示す斜視図

【図３】本発明の固体電解質型燃料電池の第２実施例に
使用の流路構成部材の斜視図

【図４】第２実施例に使用の流路構成部材と隣接して配
されるセパレータとの組立状態を示す斜視図

【図５】本発明の固体電解質型燃料電池の第３実施例に
使用の流路構成部材の斜視図

【図６】第３実施例に使用の流路構成部材と隣接して配
されるセパレータとの組立状態を示す斜視図

【図７】本発明の固体電解質型燃料電池の第４実施例に
使用の流路構成部材の平面図

【図８】第４実施例に使用の流路構成部材と隣接して配
されるセパレータとの組立状態を示す平面図

【図９】本発明の固体電解質型燃料電池の第５実施例に
使用の流路構成部材の基本構成図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の断面図

【図１０】第５実施例に使用の流路構成部材と隣接して
配されるセパレータとの組立状態を示す斜視図

【図１１】本発明の固体電解質型燃料電池の第６実施例
に使用の流路構成部材の平面図

【図１２】第６実施例に使用の流路構成部材と隣接して
配されるセパレータとの組立状態を示す平面図

【図１３】本発明の固体電解質型燃料電池の第７実施例
に使用の流路構成部材の平面図

【図１４】本発明の固体電解質型燃料電池の第８実施例
に使用のガス絞りリングの構成図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ面における断面図

【図１５】第８実施例のガス絞りリングと流路構成部材
とセパレータの組立状態を示す平面図

【図１６】本発明の固体電解質型燃料電池の第９実施例
に使用のガス絞りリングの構成図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ面における断面図

【図１７】本発明の固体酸化物燃料電池の第１０実施例
に使用のガス絞りリングの構成図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ面における断面図

【図１８】第１０実施例のガス絞りリングと流路構成部
材とセパレータの組立状態を示す平面図

【図１９】従来の平板型支持膜方式の固体電解質型燃料
電池の基本構成を示す要部の積層方向の断面図

【図２０】従来の平板型支持膜方式の固体電解質型燃料
電池のリブの配置状況を示す斜視図

【符号の説明】

１ リブ １Ａ，１Ｂ，１Ｃ リブ １Ｄ，１Ｅ リブ ２，２Ａ 溝部 ３ セパレータ ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ， セパレータ ３Ｄ，３Ｅ セパレータ ４ ガス導入孔 ４Ａ，４Ｂ ガス導入孔 ４Ｃ，４Ｄ ガス導入孔 ５ 渦巻状リブ ６ 平坦部 ７ 凸部 ８ ガス通流孔 ９ ガス絞りリング ９Ａ，９Ｂ ガス絞りリング １０ ガス通流溝 １０Ａ，１０Ｂ ガス通流溝 １１ 絞り孔

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固体電解質の両面にアノード電極とカソー
   ド電極を配した板状の電極・電解質集合体の両主面に、
   集電機能ならびにガス流路構成機能を有する流路構成部
   材と、中央部にガス導入部を備えた板状のセパレータと
   を配して構成された単位セルを積層してなり、アノード
   電極側に配した流路構成部材により形成されたガス流路
   に燃料ガスを通流し、カソード電極側に配した流路構成
   部材により形成されたガス流路に酸化剤ガスを通流し
   て、電気化学反応により電気エネルギーを得る固体電解
   質型燃料電池において、 電極・電解質集合体の両主面に配された前記の流路構成
   部材が、それぞれ一体に形成されてなることを特徴とす
   る固体電解質型燃料電池。
2. 【請求項２】前記の流路構成部材が、等角度の間隔をも
   って配された中央部より外周部へと放射状に延伸する複
   数の同一形状のリブを、一体に形成して構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電
   池。
3. 【請求項３】前記の流路構成部材が、外周部にガスの通
   流を制限する絞り機構を備えて構成されていることを特
   徴とする請求項２に記載の固体電解質型燃料電池。
4. 【請求項４】前記の絞り機構が、前記の流路構成部材の
   内周から外周へ貫通する前記部材に形成された蛇行形状
   の溝からなることを特徴とする請求項３に記載の固体電
   解質型燃料電池。
5. 【請求項５】前記の流路構成部材が、中央部より外周部
   へと渦巻状に形成されたリブより構成されていることを
   特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池。
6. 【請求項６】前記の流路構成部材が、中央部より等角度
   の間隔をもって放射状に配された複数の凸部を、プレス
   加工により形成して備えた円板より構成されていること
   を特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池。
7. 【請求項７】前記の流路構成部材が、等角度の間隔を備
   えて配された中央部より外周部へと蛇行して延伸する複
   数の同一形状のリブを、一体に形成して構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電
   池。
8. 【請求項８】固体電解質の両面にアノード電極とカソー
   ド電極を配した板状の電極・電解質集合体の両主面に、
   集電機能ならびにガス流路構成機能を有する流路構成部
   材と、中央部にガス導入部を備えた板状のセパレータと
   を配して構成された単位セルを積層してなり、アノード
   電極側に配した流路構成部材により形成されたガス流路
   に燃料ガスを通流し、カソード電極側に配した流路構成
   部材により形成されたガス流路に酸化剤ガスを通流し
   て、電気化学反応により電気エネルギーを得る固体電解
   質型燃料電池において、 電極・電解質集合体の両主面に配された前記の流路構成
   部材の外周部に、ガスの通流を制限するガス絞りリング
   を備えたことを特徴とする固体電解質型燃料電池。
9. 【請求項９】前記のガス絞りリングが、複数のガス通流
   溝を備えた中空円板よりなることを特徴とする請求項７
   に記載の固体電解質型燃料電池。
10. 【請求項１０】前記のガス絞りリングが、複数個のガス
    通流溝を等間隔に配置し、湾曲形状の部材で連結して構
    成されていることを特徴とする請求項７に記載の固体電
    解質型燃料電池。