JP2000164236A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JP2000164236A
JP2000164236A JP10332596A JP33259698A JP2000164236A JP 2000164236 A JP2000164236 A JP 2000164236A JP 10332596 A JP10332596 A JP 10332596A JP 33259698 A JP33259698 A JP 33259698A JP 2000164236 A JP2000164236 A JP 2000164236A
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Hiroshi Okazaki
洋 岡崎
Katsuhiro Kajio
克宏 梶尾
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Aisin Seiki Co Ltd
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 各積層体に燃料ガス、酸化剤ガス、冷却剤を
均一に分配し、各積層体ごとに発電性能の試験ができ、
自動車への搭載性を向上する。 【解決手段】 電解質を燃料極と酸化剤極で挟持した単
電池セルを積層してなる積層体(スタック1〜4)を複
数備え、該複数の積層体で狭持され、該複数の積層体に
燃料ガス、酸化剤ガス、冷却剤を供給、排出する供給口
11a、12a、13a、排出口14a、15a、16
aを前記複数の積層体との接触部に設けた燃料給排部材
を備えた燃料電池において、前記燃料給排部材への燃料
ガス、酸化剤ガス、冷却剤の供給管5b,5a、5c及
び排出管6a,6b、6cを前記複数の積層体の積層方
向と平行に設けたことを特徴とする燃料電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池に関する。
【0002】
【従来の技術】大気の汚染をできる限り減らすために自
動車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つ
として電気自動車が使用されているが、充電設備や走行
距離などの問題で普及に至っていない。
【0003】燃料電池は、燃料ガス(主成分:水素)と
酸化剤ガスを電気化学的に反応させて起電力を得る装置
で、水以外の排出物がなくクリーンな発電装置として注
目されている。前記燃料電池を使用した自動車が最も将
来性のあるクリーンな自動車であると見られている。前
記燃料電池の中でも固体高分子電解質型燃料電池が低温
で作動するため自動車用として最も有望である。
【0004】前記燃料電池の単電池セル当りの起電力
は、例えば燃料ガスとして水素を、酸化剤ガスとして酸
素を使用使用した場合でも、1.23V(理論電圧)と
低い。このため、通常、多数の単電池セルを積層して燃
料電池が構成される。前記の単電池セル当りの起電力
1.23Vは、あくまでも理論値であり、実際は、内部
抵抗その他の要因により、出力電圧の実力は0.6〜
0.8Vである。従って、例えば280Vを必要とする
システムでは、単電池セルの出力電圧を平均0.7Vと
すると、400個の単電池を積層することが必要であ
る。
【0005】ところが、400個の単電池を積層して、
1つの積層体とすると、長く大きくなって取り扱いが困
難になる問題がある。また、積層方向の長さが長くなる
ので、個別の単電池セルへの、燃料ガス、酸化剤ガス及
び冷却剤の均一な配分が困難になる問題がある。前記燃
料ガス、酸化剤ガス及び冷却剤の配分が不均一である
と、燃料ガス、酸化剤ガスが効率的に電気に変換されな
かったり、各単電池セルの温度が不均一になるので、発
電性能の低下につながる。
【0006】従来技術1として、特開平8−17192
6号公報には、必要な数の単電池を複数に均等に分け
て、複数の積層体とし、その積層体を接続、組み合わせ
て一体化した燃料電池が開示されている。前記複数の積
層体に燃料等を給排する燃料等給排部材を設け、前記複
数の積層体で挟持している。
【0007】従来技術2として、特開平5−10942
5号公報には、従来技術1と同じく、必要な数の単電池
を複数に均等に分けて、複数の積層体とし、その積層体
を接続、組み合わせて一体化した燃料電池が開示されて
いる。本従来技術では、互いに連結可能な接続ユニット
を設け、該接続ユニットに前記積層体を接続している。
前記接続ユニットには、燃料ガス、空気、冷却水の配管
が設けられている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術1は、燃料ガス、酸化ガス及び冷却水の供給孔、排出
孔が、前記燃料等給排部材の上面及び下面に設けられて
いるので、これに配管するには上下に、かなり余裕空間
が必要である。これは、限られた空間の車両に搭載する
ことを考えると、大きな問題点である。
【0009】また、従来技術1は、構成部品を全て組み
付けて、初めて機能する燃料電池となる構造であり、各
積層体が独立していないため、個別積層体をそれぞれ単
独で試験することは出来ない。これでは完成品に不具合
が有ったとき、調査対象範囲が広く、不具合箇所の発見
が困難である。
【0010】従来技術2は、単純に連結するだけでは各
積層体への燃料ガス、空気及び冷却水の均一な配分が達
成されない。配管を工夫することで、均一な配分は不可
能ではないが、配管部が複雑になり、配管部分だけで多
くのスペースが必要となる問題がある。
【0011】本発明は上記課題を解決したもので、各積
層体に燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却剤が均一に分配さ
れ、各積層体ごとに発電性能の試験をすることができ、
自動車への搭載性に優れた小型の燃料電池を提供する。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項1において講じた技術的手段
(以下、第1の技術的手段と称する。)は、電解質を燃
料極と酸化剤極で挟持した単電池セルを積層してなる積
層体を複数備え、該複数の積層体で狭持され、該複数の
積層体に燃料ガス、酸化剤ガス、冷却剤を供給、排出す
る供給口、排出口を前記複数の積層体との接触部に設け
た燃料給排部材を備えた燃料電池において、前記燃料給
排部材への燃料ガス、酸化剤ガス、冷却剤の供給管及び
排出管を前記複数の積層体の積層方向と平行に設けたこ
とを特徴とする燃料電池である。
【0013】上記第1の技術的手段による効果は、以下
のようである。
【0014】即ち、前記供給管及び前記排出管を含めた
燃料電池の全体の高さ寸法はほとんど前記積層体の高さ
と同じであるので、自動車への搭載性に優れた小型の燃
料電池ができる効果を有する。
【0015】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項2において講じた技術的手段(以下、第2の技
術的手段と称する。)は、前記積層体は、その両端に積
層した前記単電池セルを挟持するプレッシャプレートを
備え、該プレッシャプレートの一方に前記単電池セルに
燃料ガス、酸化剤ガス、冷却剤を供給、排出する管路を
設けたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池であ
る。
【0016】上記第2の技術的手段による効果は、以下
のようである。
【0017】即ち、各積層体は、それぞれ単電池セルに
燃料ガス、空気、冷却水を供給、排出するための管路を
備えたプレッシャプレートを備えているので、前記燃料
供給部材から取り外して、燃料ガス、空気、冷却水を供
給、排出できる管路を設けた試験装置に接続すれば、各
積層体ごとに簡単に電池性能を試験することができる。
【0018】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項3において講じた技術的手段(以下、第3の技
術的手段と称する。)は、前記燃料給排部材への燃料ガ
ス、酸化剤ガス、冷却剤の供給管を、該燃料ガス、酸化
剤ガス、冷却剤のそれぞれ対応する排出管より上部に設
けたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池である。
【0019】上記第3の技術的手段による効果は、以下
のようである。
【0020】即ち、燃料ガス、酸化剤ガス中に含まれる
水を容易に排出することができる。また。冷却水の排出
が容易にできる効果を有する。
【0021】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項4において講じた技術的手段(以下、第4の技
術的手段と称する。)は、前記燃料給排部材の内部に、
前記燃料ガス、酸化剤ガス、冷却剤の供給管と前記複数
の積層体に燃料ガス、酸化剤ガス、冷却剤を供給する供
給口をそれぞれ連結する左右対称の供給分配管が設けら
れていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池であ
る。
【0022】上記第4の技術的手段による効果は、以下
のようである。
【0023】即ち、冷却水、燃料ガス、空気の供給経路
及び排出経路は、分岐点の数、分岐点からの距離が全く
同一となっているので、それぞれの流体の均一な分配が
保証され、燃料電池の発電性能を向上することができ
る。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。
【0025】図1は本発明の実施例の自動車用固体高分
子電解質型燃料電池の三面図である。図1(a)は平面
図、図1(b)は正面図、図1(c)は側面図である。
【0026】1〜4は、電解質を燃料極と酸化剤極で挟
持した単電池セルを100個積層してなる積層体(以
下、スタックと称する。)である。前記スタック1〜4
の長手方向の両端にはプレッシャプレート9a,9bが
設けられ、前記積層した単電池セルを挟持している。ま
た、前記スタック1〜4の4隅には、 L字型の保持部
材8が設けられ、ボルトで前記プレッシャプレート9
a,9bに結合され、前記積層した単電池セルを保持し
ている。前記プレッシャプレート9aには、前記単電池
セルに燃料ガス、酸化剤ガスである空気、冷却剤である
冷却水を供給、排出するための管路が設けられている。
【0027】前記スタック1〜4は、燃料給排部材10
に前記プレッシャプレート9aを当接させて、各4本の
締結ボルト7により結合されている。前記スタック1と
3、前記スタック2と4は、それぞれ対向して前記燃料
給排部材10に結合されている。前記スタック1と2、
前記スタック3と4は、それぞれ前記燃料給排部材10
の長手方向の中心断面AAを中心面にして対称に配置さ
れている。
【0028】前記燃料給排部材10の長手方向の中心断
面AAには、燃料ガス等の供給管部5及び排出管部6が
設けられ、前記燃料給排部材10に結合されている。前
記スタック1〜4には、図示されていないが、発電した
電気を取り出すための電極端子が設けられ、直列に連結
して外部に取り出す構造になっている。
【0029】図2は、図1(a)のAA断面図である。
冷却水供給管5c、燃料ガス供給管5b、空気供給管5
aは、それぞれ前記燃料給排部材10の内部にある冷却
水供給分配管11、燃料ガス供給分配管12、空気供給
分配管13と連結している。また、燃料ガス排出管6
a、空気排出管6b、冷却水排出管6cは、それぞれ前
記燃料給排部材10の内部にある冷却水排出集合管1
6、燃料ガス排出集合管14、空気排出集合管15と連
結している。
【0030】図3は、図1(a)のBB断面図で、前記
燃料給排部材10の内部を示している。前記冷却水供給
分配管11、前記燃料ガス供給分配管12、前記空気供
給分配管13、前記冷却水排出集合管16、前記燃料ガ
ス排出集合管14、前記空気排出集合管15は、左右対
称であり、それぞれその両端部に冷却水供給孔11a、
燃料ガス供給孔12a、空気供給孔13a、冷却水排出
孔16a、燃料ガス排出孔14a、空気排出孔15aが
設けられ、前記スタック1〜4のプレッシャプレート9
aに設けられた単電池セルに燃料ガス、空気、冷却水を
供給、排出するための管路に連結されている。
【0031】前記冷却水供給分配管11、前記燃料ガス
供給分配管12、前記空気供給分配管13、前記冷却水
排出集合管16、前記燃料ガス排出集合管14、前記空
気排出集合管15は、それぞれその中央で冷却水供給管
5c、燃料ガス供給管5b、空気供給管5a、燃料ガス
排出管6a、空気排出管6b、冷却水排出管6cと連結
している。
【0032】以上の構成によって、冷却水、燃料ガス、
空気の供給経路及び排出経路は、分岐点の数、分岐点か
らの距離が全く同一となって、それぞれの流体の均一な
分配が保証され、燃料電池の性能を向上することができ
る。
【0033】供給管部5及び排出管部6が、スタック
1、3と2、4の間、即ち、前記燃料供給部材10の中
央に設けられているので、供給管部5及び排出管部6を
含めた全体の高さ寸法はほとんどスタックの高さと同じ
である。このため、小型で自動車への搭載性がよい燃料
電池になっている。
【0034】また、各スタック1〜4は、それぞれ単電
池セルに燃料ガス、空気、冷却水を供給、排出するため
の管路を備えたプレッシャプレート9aを備えているの
で、前記燃料供給部材10から取り外して、燃料ガス、
空気、冷却水を供給、排出できる管路を設けた試験装置
に接続すれば、スタックごとに簡単に電池性能を試験す
ることができる。
【0035】
【発明の効果】以上のように、本発明は、電解質を燃料
極と酸化剤極で挟持した単電池セルを積層してなる積層
体を複数備え、該複数の積層体で狭持され、該複数の積
層体に燃料ガス、酸化剤ガス、冷却剤を供給、排出する
供給口、排出口を前記複数の積層体との接触部に設けた
燃料給排部材を備えた燃料電池において、前記燃料給排
部材への燃料ガス、酸化剤ガス、冷却剤の供給管及び排
出管を前記複数の積層体の積層方向と平行に設けたこと
を特徴とする燃料電池であるので、各積層体に燃料ガ
ス、酸化剤ガス及び冷却剤が均一に分配でき、各積層体
ごとに発電性能の試験をすることができ、自動車への搭
載性に優れた小型の燃料電池ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の自動車用固体高分子電解質型
燃料電池の三面図
【図2】本発明の実施例の自動車用固体高分子電解質型
燃料電池のAA断面図
【図3】本発明の実施例の自動車用固体高分子電解質型
燃料電池のBB断面図
【符号の説明】
1、2、3、4…スタック(積層体) 5…供給管部 5a…空気供給管(酸化剤ガス供給管) 5b…燃料ガス供給管 5c…冷却水供給管(冷却剤供給管) 6…排出管部 6a…燃料ガス排出管 6b…空気排出管(酸化剤ガス供給管) 6c…冷却水排出管(冷却剤供給管) 9a,9b…プレッシャプレート 10…燃料給排部材 11…冷却水供給分配管(冷却剤供給分配管) 11a…冷却水供給孔(冷却剤供給孔) 12…燃料ガス供給分配管 12a…燃料ガス供給孔 13…空気供給分配管(酸化剤ガス供給分配管) 13a…空気供給孔(酸化剤ガス供給孔) 14…燃料ガス排出集合管 14a…燃料ガス排出孔 15…空気排出集合管(酸化剤ガス排出集合管) 15a…空気排出孔(酸化剤ガス排出孔) 16…冷却水排出集合管(冷却剤排出集合管) 16a…冷却水排出孔(冷却剤排出孔)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電解質を燃料極と酸化剤極で挟持した単
    電池セルを積層してなる積層体を複数備え、該複数の積
    層体で狭持され、該複数の積層体に燃料ガス、酸化剤ガ
    ス、冷却剤を供給、排出する供給口、排出口を前記複数
    の積層体との接触部に設けた燃料給排部材を備えた燃料
    電池において、前記燃料給排部材への燃料ガス、酸化剤
    ガス、冷却剤の供給管及び排出管を前記複数の積層体の
    積層方向と平行に設けたことを特徴とする燃料電池。
  2. 【請求項2】 前記積層体は、その両端に積層した前記
    単電池セルを挟持するプレッシャプレートを備え、該プ
    レッシャプレートの一方に前記単電池セルに燃料ガス、
    酸化剤ガス、冷却剤を供給、排出する管路を設けたこと
    を特徴とする請求項1記載の燃料電池。
  3. 【請求項3】 前記燃料給排部材への燃料ガス、酸化剤
    ガス、冷却剤の供給管を、該燃料ガス、酸化剤ガス、冷
    却剤のそれぞれ対応する排出管より上部に設けたことを
    特徴とする請求項1記載の燃料電池。
  4. 【請求項4】 前記燃料給排部材の内部に、前記燃料ガ
    ス、酸化剤ガス、冷却剤の供給管と前記複数の積層体に
    燃料ガス、酸化剤ガス、冷却剤を供給する供給口をそれ
    ぞれ連結する左右対称の供給分配管が設けられているこ
    とを特徴とする請求項1記載の燃料電池。
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