CN1236516C - 燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种不会导致结构复杂化、在将部件数量的增加抑制到最小限的同时可均匀地向各电池分配提供改性气体(或氧化剂或冷却剂)的燃料电池。本发明的燃料电池(5)中，通过隔板叠层多个单元(1)，设计向叠层体(2)内分配(提供或排出)燃料、向单元1分配(提供或排出)氧化剂或冷动剂的内部集合管(manifold)，其中，至少在一个内部集合管(6)内设置圆筒或圆柱形贯通部件(4)，在贯通部件(4)与内部集合管(6)内壁之间设置适当间隙。提供给内部集合管(6)内的改性气体在分配给各单元(1)之间由贯通部件(4)整流。由此，可向各单元(1)均匀分配改性气体，在进行稳定发电的同时，可提高燃料电池的性能。

Description

燃料电池
技术领域
本发明涉及一种燃料电池，尤其涉及一种可均匀地向构成燃料电池的多个单元分配提供改性气体的燃料电池。
背景技术
燃料电池中，通常将碳化氢系列的原燃料气体通过改性器改性为富氢气体，并在将该改性气体提供给燃料电池的燃料极的同时，将从外部吸入的空气提供给空气极，通过由固体高分子等构成的电解质膜，由燃料极的氢气和空气极的氧气产生电化学反应，生成电和水。
已知这种燃料电池如下构成：以前如图5所示，将多个在电解质膜A的一个面上设置燃料极B、在另一面上设置空气极C的单元D通过隔板H进行叠层，形成叠层体E，压板F位于该叠层体E的两端，插通多个(图中为4根)系杆G来夹固成一体。
上述燃料极B(空气极C也同样)通常通过形成多个沟(气体通路)的板状隔板H来提供改性气体，如图6所示，该隔板H在一侧端部以连通上述各沟的状态形成气体供给用集合管(manifold)I，同时，在集合管I的端部设置气体供给口J，在另一端部以连通各沟的状态形成气体排出用集合管K，同时，在集合管的端部设置气体排出口L。因此，改性气体从气体供给口J流入气体供给用集合管I内，从气体供给用集合管I流入各沟内后再流入气体排出用集合管K内，从气体排出用集合管K经气体排出口L排向外部。
在上述结构的燃料电池中，从电池性能上讲，要求向各单元D的燃料极B均匀地提供改性气体，但存在不能满足该要求的问题。即，在上述叠层体E中，如图7模式地表示，连结上述气体供给口J，形成隧道状的内部集合管M，从该内部集合管M一侧的端部(入口侧)提供改性气体。此时，提供给内部集合管M内的改性气体的流速慢慢变缓，所以越接近入口的单元D，流入的改性气体越多，越远离入口的单元D，改性气体的流入量有减少的趋势。因此，各单元D中的电动势产生偏差，燃料电池的性能降低。
为了解决这种问题，以前已知例如在入口侧集合管的气体导入部中设置气体扩散用空间和气体整流板，向各电池提供改性气体的燃料电池(特开平8-293318号公报)。另外，还公开了燃料气体流路沟的深度从入口侧向出口侧逐渐变浅来形成的、并在燃料气体流路沟中设置整流板的燃料电池(特开平7-288133号公报)。另外，不只燃料、氧化剂的分配也对阴极(空气极)反应产生影响是大问题。并且，冷却水的分配与温度分布不均匀化的联系也同样是问题。
但是，在如此改良后的燃料电池中，存在导致结构复杂化和结构部件增加的难点。因此，本发明的目的在于提供一种不会导致结构复杂化、在将部件数量的增加抑制到最小限度的同时可均匀地向各电池分配提供改性气体的燃料电池。
发明内容
作为达到上述目的的手段，本发明提供一种燃料电池，通过隔板来叠层多个在电解质膜的一个面上设置燃料极、在另一个面上设置空气极的单元，由此形成叠层体，在该叠层体内设置向单元分配燃料、氧化剂或冷却剂的供给或排出集合管、即内部集合管，其特征在于，所述的至少一个内部集合管设置成沿所述叠层体的厚度方向贯通而形成密封空间，该内部集合管的一侧端部上设有气体供给口，侧部与所述各单元的气体通路口相对，在所述气体供给口与所述气体通路口之间配置有圆筒或圆柱状贯通部件，将所述密封空间进行间隔，使该圆筒或圆柱状贯通部件与所述内部集合管的侧部之间形成沿着圆筒或圆柱状贯通部件的长度方向的适当的间隙以进行整流。
另外，在上述的燃料电池中，上述圆筒或圆柱状贯通部件是至少一个构成使上述叠层体夹固一体化的夹固部件的系杆。
另外，在上述的燃料电池中，在上述圆筒或圆柱状贯通部件中卷入多孔质体，由该多孔质体来填塞上述间隙。
具有上述结构的本发明的燃料电池使用实现夹固一体化叠层体的系杆作用的圆筒或圆柱状贯通部件作为向内部集合管提供气体的整流部件，因此结构不复杂。
另外，本发明的燃料电池将多孔质体卷入圆筒或圆柱状贯通部件中，通过用该多孔质体填塞间隙来进一步一层均匀化气体的整流。并且，本发明的燃料电池由上述手段增加的部件个数非常少。
附图说明
图1是模式表示本发明燃料电池实施例的说明图。
图2是从侧面观察图1的示意说明图。
图3是从侧面观察本发明燃料电池其它实施例的示意说明图。
图4是本发明的燃料电池其它实施例的贯通部件的截面图。
图5是表示一般燃料电池的结构例的说明图。
图6是表示一般燃料电池的隔板的一例的说明图。
图7是模式表示现有的燃料电池中向各单元提供改性气体的状态的说明图。
具体实施方式
下面参照附图来说明本发明的燃料电池的实施例。
图1模式地表示了本发明的燃料电池，通过隔板(图略)来叠层多个单元1，形成叠层体2，压板3接触该叠层体2的两端，通过包含圆筒或圆柱形贯通部件4的多个系杆进行夹固一体化，由此构成燃料电池5。
此时，虽然省略图示，但上述单元1在固体高分子电解质膜的一个面上设置燃料极，在另一面上设置空气极，在这些极中分别通过隔板气密地配置改质气体的通路面(燃料室)和空气通路面(空气室)。另外，在多个系杆中，贯通部件4以外的未图示的系杆通常夹固燃料电池5的四个角部，贯通部件4贯通内部集合管6内，兼具向内部集合管6内提供改质气体的整流部件的作用。如图3所示，贯通部件4也可能位于燃料电池5的角部，此时，不增加系杆的根数。
上述内部集合管6设置成沿叠层体2的厚度方向贯通燃料电池5的内部，形成密封空间，在一侧端部上设置气体供给口6a，侧部与上述各单元1的气体供给口、即燃料极侧隔板(图略)的气体通路口1a相对。因此，从上述气体供给口6a提供给内部集合管6内的改性气体(燃料)从燃料极侧隔板的气体通路口1a提供给各单元1。作为各单元1的气体供给口，也可以使用燃料极侧隔板的气体供给用集合管(图略)。此时，通过气体供给用集合管向各单元提供改性气体。
提供给各单元1的改性气体通过改性气体中的氢气和提供给上述空气极的空气中的氧气(氧化剂)经电解质膜产生电化学反应，生成电和水。各单元1中未反应的改性气体在流入上述气体排出用集合管内的同时，从气体排出口排出。排出的未反应改性气体被送往上述改性器的燃烧器进行燃烧。
如图2模式地表示，上述贯通部件4被配置成位于内部集合管6的气体供给口6a和内部集合管6到上述各单元1的气体通路口1a之间进行间隔，在贯通部件4和内部集合管6之间沿贯通部件4的长度方向在两侧产生适当间隙。
如此构成的本发明的燃料电池5在向内部集合管6内提供改性气体时，在贯通部件4中流路狭窄而被整流，因此，促进内部集合管6内的气体扩散，向各单元均匀分配供给气体。即，此时，接近气体供给口6a的单元和远离气体供给口6a的单元中，在改性气体供给量上没有差别，各单元1中的电动势不产生偏差，可提高燃料电池5的性能。贯通部件4的气体整流作用也可仅在贯通部件4的单侧设置间隙来实施。
图4表示本发明其它实施例的圆筒或圆柱状贯通部件，在贯通部件4的外周面上卷上多孔质体7。可使用例如网状物、小孔状物、多孔状物等来作为多孔质体7，由于改性气体温度高，最好是例如人造丝树脂/聚酯树脂、芳族聚酰胺树脂/聚酯树脂等耐热性好的材料。
若使用卷上多孔质体7的贯通部件来填塞与上述内部集合管6的间隙，则该多孔质体7进一步增大气体扩散，可进一步均匀化气体向各单元1的分配。上面描述了将改性气体作为燃料的一个实例，但对氢和甲醇等燃料也有效。另外，即使对空气(氧化剂)和冷却水(冷却剂)也可得到同样的效果。
产业上的可利用性
根据上述的本发明，构成为提供给燃料电池内部集合管的改性气体在分配到各单元之前由圆筒或圆柱状贯通部件进行整流，不会导致结构复杂化，且抑制了部件个数的增加，可向各单元均匀分配提供燃料、气体剂或冷却剂，结果，各单元中不产生偏差，进行稳定发电，得到提高燃料电池性能的效果。

Claims (3)

1.一种燃料电池，通过隔板来叠层多个在电解质膜的一个面上设置燃料极、在另一个面上设置空气极的单元，由此形成叠层体，在该叠层体内设置向单元分配燃料、氧化剂或冷却剂的供给或排出集合管、即内部集合管，其特征在于，所述的至少一个内部集合管设置成沿所述叠层体的厚度方向贯通而形成密封空间，该内部集合管的一侧端部上设有气体供给口，侧部与所述各单元的气体通路口相对，在所述气体供给口与所述气体通路口之间配置有圆筒或圆柱状贯通部件，将所述密封空间进行间隔，使该圆筒或圆柱状贯通部件与所述内部集合管的侧部之间形成沿着圆筒或圆柱状贯通部件的长度方向的适当的间隙以进行整流。
2.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：所述圆筒或圆柱状贯通部件是至少一个构成使所述叠层体夹固一体化的夹固部件的系杆。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池，其特征在于：在所述圆筒或圆柱状贯通部件中卷入多孔质体，由该多孔质体来填塞所述间隙。
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Assignee: Eneos Celltech Co. Ltd.

Assignor: Sanyo Electric Co., Ltd.

Contract record no.: 2010990000438

Denomination of invention: High-energy regenerated hydrolead-fuel cell

Granted publication date: 20060111

License type: Exclusive License

Open date: 20031119

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Owner name: JX NIPPON OIL + ENERGY CORPORATION

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Effective date of registration: 20130906

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Patentee after: JX Nippon Oil & Energy Corp.

Address before: Osaka Japan

Patentee before: Sanyo Electric Co., Ltd.

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Assignee: Eneos Celltech Co. Ltd.

Assignor: Sanyo Electric Co., Ltd.

Contract record no.: 2010990000438

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