CN101689674A - 燃料电池 - Google Patents

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CN101689674A CN200880024232A CN200880024232A CN101689674A CN 101689674 A CN101689674 A CN 101689674A CN 200880024232 A CN200880024232 A CN 200880024232A CN 200880024232 A CN200880024232 A CN 200880024232A CN 101689674 A CN101689674 A CN 101689674A
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Abstract

本发明的目的在于，提供一种即使歧管小型化，也能够对各单电池均等地供给阳极流体的燃料电池。本发明涉及一种具备歧管的燃料电池，该歧管使从导入孔(22)供给的氢在作为第1缓冲部的第1空间(15)中扩散后，从连通孔(23)运送至作为第2缓冲部的第1空间(15)中，在第1空间(15)中放射状地扩散，流量变均匀，被运送至在同一圆周(S)上形成的微小开口(24)并对各单电池均等地供给氢。

Description

燃料电池
技术领域
本发明涉及从歧管将阳极流体供给至电池堆的各单电池的燃料电池。
背景技术
由于近年的能源问题的高涨，因而要求更高的能量密度且排出物清洁的电源。燃料电池是具有现有电池的数倍的能量密度的发电机，具有能量效率高、另外在排出气体中不含有或含有很少的氮氧化物或硫氧化物的特征。所以，是符合作为下一代的电源设备的要求的极其有效的设备。
燃料电池的电池单元，在作为电解质膜的固体高分子电解质膜的两面侧具备阳极侧催化剂体(阳极)和阴极侧催化剂体(阴极)。而且，通过阳极流体通路和阴极流体通路以背对背的状态形成的隔板和电池单元交替地配置而形成单电池，通过层叠多个单电池而构成电池堆。在这样的堆叠构造的燃料电池中，为了将燃料均匀地分配至各个单电池并在电池堆中均匀地进行燃料的供给，具备歧管，将来自歧管的燃料供给至各单电池。
如果燃料对电池堆的各单电池的供给变得不均匀，则各单电池的输出产生偏差，发电效率降低，电池堆整体的输出受到低输出的单电池的输出的影响。因此，对于歧管而言，对燃料向电池堆的各单电池的供给要求高维的均匀分配性能。
根据这样的状况，提出了对电池堆的各单电池均匀地供给燃料的各种技术(日本特开平9-161828号公报)。在此，由与电池堆邻接的扩散用的空间(第2空间)和被供给作为燃料的富氢气体的第1空间构成用于供给燃料的歧管。被供给至第1空间的富氢气体从贯通孔被运送至第2空间，在第2空间中扩散并被供给至各单电池。
由于富氢气体在第2空间中扩散，因而对靠近贯通孔的单电池的供给量和对远离贯通孔的单电池的供给量的偏差降低，从而对电池堆整体的单电池均等地供给富氢气体。
专利文献1：日本特开平9-161828号公报
发明内容
可是，在现有技术中，由于有必要使富氢气体在第2空间中扩散，因而有必要相对于第1空间和第2空间合计的总容积而增大第2空间的容积的比例。因此，如果在某种程度上不确保从贯通孔至单电池的距离，则贯通孔和各单电池的位置关系导致供给量产生偏差，为了对各单电池均等地供给富氢气体，歧管的大型化是不可避免的。
于是，本发明是鉴于上述状况而做出的，其目的在于，提供一种即使歧管小型化，也能够对各单电池均等地供给阳极流体的燃料电池。
用于达成上述目的的本发明的第1特征在于一种燃料电池，具备电池单元、电池堆以及歧管，所述电池单元经由电解质膜而将阳极和阴极接合，所述电池堆将多个具有隔板和所述电池单元的单电池层叠，所述隔板具备阳极流体通路，所述歧管用于将阳极流体供给至所述单电池的所述阳极流体通路所面临的位置，其中，所述歧管由顶板和底板构成，所述顶板具备导入所述阳极流体的导入孔，所述底板具备多个面临所述阳极流体通路的微小开口，在与所述顶板的内面之间，在上面形成有所述阳极流体的流通空间，在以所述导入孔的投影部为中心的同一圆周上具备所述微小开口，使从所述导入孔供给的所述阳极流体与所述底板的上面的所述投影部接触并使流速降低，使流速降低后的所述阳极流体沿周方向扩散并分散至所述微小开口。
依照所涉及的特征，使从导入孔供给的阳极流体与底板的上面的投影部接触并使流速降低，使流速降低后的阳极流体分散至配置在以投影部为中心的同心圆上的微小开口，因而能够在有限的流通空间中使阳极流体相对于多个微小开口而分散，即使歧管小型化，也能够对各个单电池均等地供给阳极流体。
并且，本发明的第2特征在于一种燃料电池，而且，以分别对应于所述多个单电池的各单电池的方式在同一圆周上具备所述微小开口。
依照所涉及的特征，能够使阳极流体相对于所有单电池而均匀地分散。
另外，本发明的第3特征在于一种燃料电池，而且，夹着沿所述圆周的所述多个单电池的排列方向延伸的中心线并交替地对应于各单电池而沿中心线方向等间隔地具备所述微小开口。
依照所涉及的特征，能够使阳极流体相对于所有单电池而可靠地分散。
另外，本发明的第4特征在于一种燃料电池，而且，以与所述多个单电池的各单电池对应多个所述微小开口的方式在同一圆周上具备所述微小开口。
依照所涉及的特征，能够使阳极流体相对于所有单电池而均匀且可靠地分散。
另外，本发明的第5特征在于一种燃料电池，而且，以相对于所述圆周的所述多个单电池的排列方向的中心线为中心而线对称且以所述圆周的中心点为中心而点对称的方式具备所述微小开口，对应于各单电池而沿中心线方向等间隔地具备多个所述微小开口。
依照所涉及的特征，能够使阳极流体相对于所有单电池而均匀且更可靠地分散。
另外，本发明的第6特征在于一种燃料电池，而且，在以所述投影部为中心的所述微小开口的外侧的所述流通空间中，具备流体阻止壁。
依照所涉及的特征，由流体阻止壁阻止阳极流体向外侧流通，因而能够充分地确保供给压力并将阳极流体更可靠地供给至微小开口。
用于达成上述目的的本发明的第7特征在于一种燃料电池，具备电池单元、电池堆以及歧管，所述电池单元经由电解质膜而将阳极和阴极接合，所述电池堆将多个具有隔板和所述电池单元的单电池层叠，所述隔板具备阳极流体通路，所述歧管用于将阳极流体供给至所述单电池的所述阳极流体通路所面临的位置，其中，所述歧管由顶板、底板以及分隔板构成，所述顶板具备导入所述阳极流体的导入孔，所述底板具备多个面临所述阳极流体通路的微小开口，在与所述顶板的内面之间，在上面形成有所述阳极流体的流通空间，所述分隔板将所述流通空间分隔为所述顶板侧的第1空间和所述底板侧的第2空间，并且，在与所述导入孔的投影部不同的位置具备第2导入孔，在以所述第2导入孔的第2投影部为中心的同一圆周上具备所述微小开口，使从所述第2导入孔供给的所述阳极流体与所述底板的上面的所述第2投影部接触并使流速降低，使流速降低后的所述阳极流体沿周方向扩散并分散至所述微小开口。
依照所涉及的特征，使从导入孔供给的阳极流体的流速在第1空间中降低，从第2导入孔使流速降低后的阳极流体与底板的上面的第2投影部接触并使流速进一步降低，使流速充分地降低后的阳极流体分散至配置在以投影部为中心的同心圆上的微小开口，因而能够在有限的流通空间中使阳极流体相对于多个微小开口而分散，即使歧管小型化，也能够对由电池单元和隔板构成的各单电池均等地供给阳极流体。
并且，本发明的第8特征在于一种燃料电池，而且，相对于所述导入孔的流路面积，所述第2导入孔的流路面积更大。
依照所涉及的特征，当阳极流体通过流路面积大的第2导入孔时，促进了减速。
另外，本发明的第9特征在于一种燃料电池，而且，以分别对应于所述多个单电池的各单电池的方式在同一圆周上具备所述微小开口。
依照所涉及的特征，能够使阳极流体相对于所有单电池而均匀地分散。
另外，本发明的第10特征在于一种燃料电池，而且，夹着沿所述圆周的所述多个单电池的排列方向延伸的中心线并交替地对应于各单电池而沿中心线方向等间隔地具备所述微小开口。
依照所涉及的特征，能够使阳极流体相对于所有单电池而可靠地分散。
另外，本发明的第11特征在于一种燃料电池，而且，以与所述多个单电池的各单电池对应多个所述微小开口的方式在同一圆周上具备所述微小开口。
依照所涉及的特征，能够使阳极流体相对于所有单电池而均匀且可靠地分散。
另外，本发明的第12特征在于一种燃料电池，而且，以相对于所述圆周的所述多个单电池的排列方向的中心线为中心而线对称且以所述圆周的中心点为中心而点对称的方式具备所述微小开口，对应于各单电池而沿中心线方向等间隔地具备多个所述微小开口。
依照所涉及的特征，能够使阳极流体相对于所有单电池而均匀且更可靠地分散。
另外，本发明的第13特征在于一种燃料电池，而且，在以所述投影部为中心的所述微小开口的外侧的所述流通空间中，具备流体阻止壁。
依照所涉及的特征，由流体阻止壁阻止阳极流体向外侧流通，因而能够充分地确保供给压力并将阳极流体更可靠地供给至微小开口。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的燃料电池的外观图。
图2是外部歧管的分解立体图。
图3是顶板的外观图。
图4是分隔板的外观图。
图5是底板的内侧面的外观图。
图6是表示流动于底板的燃料的状况的、底板的内侧面的外观图。
图7是本发明的第2实施方式的外部歧管的底板的内侧面的外观图。
图8是本发明的第3实施方式的外部歧管的底板的内侧面的外观图。
具体实施方式
(实施方式1)
基于图1～图6，说明本发明的第1实施方式。
图1中显示了本发明的第1实施方式的燃料电池的外观，图2中显示了外部歧管的分解立体，图3中显示顶板的外观，图3(a)是顶板的俯视，图3(b)是图3(a)中的III-III线的向视的状态。另外，图4中显示了分隔板的外观，图5中显示了底板的内侧面的外观，图6中显示了流动于底板的燃料的状况。
如图所示，本实施方式的燃料电池1具备作为运送燃料(氢)的歧管的外部歧管2，从外部歧管2将氢供给至电池堆3，该燃料(氢)作为阳极流体。在外部歧管2上，例如，连接有供给从吸氢合金等得到的氢的图中未显示的燃料供给部，在电池堆3的发电部，连接有图中未显示的控制电路。
电池堆3的电池单元4成为在作为电解质膜的固体高分子电解质膜的两面侧具备阳极侧催化剂体(阳极)和阴极侧催化剂体(阴极)的膜·电极接合体。而且，阳极流体通路(省略图示)和阴极流体通路7以背对背的状态形成的隔板5和电池单元4交替地层叠，形成单电池11，通过层叠多个单电池11而构成电池堆3。在这样的堆叠构造的燃料电池1中，为了将氢均匀地分配至层叠在各单电池11上的隔板5的阳极流体通路并在电池堆3中均匀地进行氢的供给，具备外部歧管2。
此外，隔板5不限于阳极流体通路和阴极流体通路7以背对背的状态形成的形状，只要是能够将阳极流体供给至阳极并能够将阴极流体供给至阴极的形状即可。
基于图2～图5，说明外部歧管2。
如图2所示，外部歧管2具有顶板12和底板13，在顶板12的内面和底板13的上面之间形成有氢的流通空间。在顶板12和底板13之间设有分隔板14，由分隔板14将氢的流通空间分隔成顶板12侧的第1空间15和底板13侧的第2空间16。
如图3所示，在顶板12的内面上形成有用于形成流通空间的凹部21，在顶板12上设有导入氢的导入孔22。在导入孔22连接有图中未显示的燃料供给部。如图2、图4所示，在分隔板14的大致中央部设有作为第2导入孔的连通孔23，连通孔23的位置形成在与层叠方向上的导入孔22的投影部22a不同的位置，连通孔23的流路面积形成为大于导入孔22的流路面积。
如图2、图5所示，通过分隔板14的连通孔23而将氢供给至底板13的上面，供给的氢与层叠方向上的连通孔23的投影部23a(第2投影部)的底板13的上面接触，供给至第2空间16。在底板13的上面，形成有多个(图示例为12个)微小开口24，这些微小开口24面临单电池11(参照图1)的阳极流体通路。微小开口24形成在以投影部23a为中心的同一圆周S上，例如，以相对于一个单电池11(参照图1)分别配置1个的方式形成。即，以相对于图5中的上下方向而成为等间隔的方式，沿图中的左右方向左右交替地配置12个。
在上述的外部歧管2中，从导入孔22将氢送送至第1空间15，在第1空间15中沿平面方向扩散(第1缓冲部)。在第1空间15中扩散并减速的氢，从流路面积大的连通孔23碰到底板13的上面(投影部23a)并被运送至第2空间16，沿水平方向放射状地扩散(第2缓冲部)。
来自连通孔23的氢碰到底板13的上面，使得扩散沿着水平方向变容易。而且，由于连通孔23的流路面积大，因而流至第2缓冲部的氢比供给至第1缓冲部的氢更容易扩散。
在底板13的上面放射状地扩散并减速的氢，如图6的箭头所示地扩散并均匀地分配至微小开口24。均匀地分配至微小开口24的氢，从微小开口24向下流下并被供给至单电池11(参照图1)的阳极流体通路。
因此，在经由外部歧管2而将氢供给至电池堆3的燃料电池1中，从导入孔22供给的氢在第1缓冲部中扩散后，进而在第2缓冲部中放射状地扩散，流量均匀地被运送至微小开口24。所以，不必设置大的扩散空间等而导致歧管大型化，即，即使歧管小型化，也能够对各单电池11均等地供给氢。
此外，在上述的实施方式中，设置分隔板14而将由顶板12和底板13形成的氢的流通空间分隔为第1空间15和第2空间16，但也可以为不设置分隔板14的构成。这种情况下，导入孔22的位置为与底板13的大致中心相对应的位置(圆周S的大致中心位置)，来自导入孔22的氢与导入孔22的投影部接触，流速变慢并放射状地扩散，被运送至微小开口24。
此时，也可以扩大导入孔22的流通面积。另外，从与外部连接的连接机器的关系出发，优选导入孔22小，因而也可以为沿导入孔22的路径方向使流路面积从入口向出口渐增的形状。
(实施方式2)
基于图7，说明第2实施方式。
图7中显示了本发明的第2实施方式的外部歧管的底板的内侧面的外观。此外，除底板13以外的部件与第1实施方式相同。
如图所示，在底板13的上面形成有24个面临单电池11(参照图1)的阳极流体通路的微小开口24。微小开口24形成在以投影部23a为中心的同一圆周S上，以相对于一个单电池11(参照图1)分别配置2个的方式形成。即，夹着底板13的中心线P(图中的上下方向)而分别形成12个微小开口24，12个微小开口24形成为以中心线P为基准线而线对称，且以投影部23a为中心而点对称。因此，能够使氢相对于所有的单电池11(参照图1)的阳极流体通路而均匀且可靠地分散。
基于图8，说明第3实施方式。
图8中显示了本发明的第3实施方式的外部歧管的底板的内侧面的外观。此外，除底板13以外的部件与第1实施方式相同。
如图所示，在微小开口24的外侧的底板13的上面，具备沿着微小开口24的排列方向延伸的(与圆周S同心状地延伸)圆弧状的流体阻止壁31。与投影部23a接触并放射状地扩散的氢，被流体阻止壁31阻止向外侧流通，因而能够充分地确保供给压力并更可靠地将氢供给至微小开口24。
此外，对于图7所示的底板13，也可以设置图8所示的流体阻止壁31。
在上述的实施方式中，虽然将氢作为阳极流体而举例说明，但也可以适用于甲醇以及其他燃料的供给。
产业上的实用性
由于能够在有限的流通空间中使阳极流体相对于多个微小开口而分散，因而即使歧管小型化，也能够对各单电池均等地供给阳极流体。

Claims (13)

1.一种燃料电池，具备电池单元、电池堆以及歧管，所述电池单元经由电解质膜而将阳极和阴极接合，所述电池堆将多个具有隔板和所述电池单元的单电池层叠，所述隔板具备阳极流体通路，所述歧管用于将阳极流体供给至所述单电池的所述阳极流体通路所面临的位置，其中，
所述歧管由顶板和底板构成，
所述顶板具备导入所述阳极流体的导入孔，
所述底板具备多个面临所述阳极流体通路的微小开口，在与所述顶板的内面之间，在上面形成有所述阳极流体的流通空间，
在以所述导入孔的投影部为中心的同一圆周上具备所述微小开口，
使从所述导入孔供给的所述阳极流体与所述底板的上面的所述投影部接触并使流速降低，使流速降低后的所述阳极流体沿周方向扩散并分散至所述微小开口。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，
以分别对应于所述多个单电池的各单电池的方式在同一圆周上具备所述微小开口。
3.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，
夹着沿所述圆周的所述多个单电池的排列方向延伸的中心线并交替地对应于各单电池而沿中心线方向等间隔地具备所述微小开口。
4.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，
以与所述多个单电池的各单电池对应多个所述微小开口的方式在同一圆周上具备所述微小开口。
5.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，
以相对于所述圆周的所述多个单电池的排列方向的中心线为中心而线对称且以所述圆周的中心点为中心而点对称的方式具备所述微小开口，对应于各单电池而沿中心线方向等间隔地具备多个所述微小开口。
6.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，
在以所述投影部为中心的所述微小开口的外侧的所述流通空间中，具备流体阻止壁。
7.一种燃料电池，具备电池单元、电池堆以及歧管，所述电池单元经由电解质膜而将阳极和阴极接合，所述电池堆将多个具有隔板和所述电池单元的单电池层叠，所述隔板具备阳极流体通路，所述歧管用于将阳极流体供给至所述单电池的所述阳极流体通路所面临的位置，其中，
所述歧管由顶板、底板以及分隔板构成，
所述顶板具备导入所述阳极流体的导入孔，
所述底板具备多个面临所述阳极流体通路的微小开口，在与所述顶板的内面之间，在上面形成有所述阳极流体的流通空间，
所述分隔板将所述流通空间分隔为所述顶板侧的第1空间和所述底板侧的第2空间，并且，在与所述导入孔的投影部不同的位置具备第2导入孔，
在以所述第2导入孔的第2投影部为中心的同一圆周上具备所述微小开口，
使从所述第2导入孔供给的所述阳极流体与所述底板的上面的所述第2投影部接触并使流速降低，使流速降低后的所述阳极流体沿周方向扩散并分散至所述微小开口。
8.根据权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，
相对于所述导入孔的流路面积，所述第2导入孔的流路面积更大。
9.根据权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，
以分别对应于所述多个单电池的各单电池的方式在同一圆周上具备所述微小开口。
10.根据权利要求9所述的燃料电池，其特征在于，
夹着沿所述圆周的所述多个单电池的排列方向延伸的中心线并交替地对应于各单电池而沿中心线方向等间隔地具备所述微小开口。
11.根据权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，
以与所述多个单电池的各单电池对应多个所述微小开口的方式在同一圆周上具备所述微小开口。
12.根据权利要求11所述的燃料电池，其特征在于，
以相对于所述圆周的所述多个单电池的排列方向的中心线为中心而线对称且以所述圆周的中心点为中心而点对称的方式具备所述微小开口，对应于各单电池而沿中心线方向等间，隔地具备多个所述微小开口。
13.根据权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，
在以所述投影部为中心的所述微小开口的外侧的所述流通空间中，具备流体阻止壁。
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