JP2002252021A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造の複雑化を招くことなく、部品点数の増
加を最小限に抑えながら各セルに改質ガス（又は酸化剤
乃至冷却剤）を均一に分配供給できるようにした燃料電
池を提供する。 【解決手段】 多数のセル１をセパレータを介して積層
し、この積層体２内に燃料、酸化剤乃至冷却剤をセル１
に分配（供給乃至排出）する内部マニホールドを設けて
なる燃料電池５において、少なくとも１つの内部マニホ
ールド６内に円筒乃至円柱状貫通材４を設け、この貫通
材４と内部マニホールド６内壁との間に適宜の隙間を設
ける。内部マニホールド６内に供給される改質ガスは、
各セル１へ分配される前に貫通材４により整流される。
これにより、各セル１へ改質ガスが均等に分配され、安
定した発電が行われると共に燃料電池の性能を向上させ
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の各セル
に改質ガスを均一に分配供給できるようにした燃料電池
に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、通常炭化水素系の原燃料ガ
スを改質器で水素リッチガスに改質し、この改質ガスを
燃料電池の燃料極に供給すると共に、外部から取り込ん
だ空気を空気極に供給し、固体高分子等からなる電解質
膜を介して燃料極の水素ガスと空気極の酸素ガスとによ
り電気化学反応が生じて電力と水とを生成する。このよ
うな燃料電池は、例えば図５に示すように電解質膜Ａの
一方の面に燃料極Ｂ、他方の面に空気極Ｃを設けたセル
Ｄを、セパレータＨを介して多数積層して積層体Ｅを形
成し、この積層体Ｅの両端に締付板Ｆを当てて複数（図
では４本）のタイロッドＧを挿通して締め付け一体化し
てなる構成のものが知られている。
【０００３】前記燃料極Ｂ（空気極Ｃも同様であるが）
は、通常複数の溝（ガス通路）を形成した板状のセパレ
ータＨを介して改質ガスが供給され、このセパレータＨ
は例えば図６に示すように一方の端部にガス供給用のマ
ニホールドＩが前記各溝に連通状態で形成されると共
に、このマニホールドＩの端部にガス供給口Ｊが設けら
れ、他方の端部にはガス排出用のマニホールドＫが各溝
に連通状態で形成されると共に、このマニホールドの端
部にはガス排出口Ｌが設けられている。従って、改質ガ
スはガス供給口Ｊからガス供給用マニホールドＩ内に流
入し、このガス供給用マニホールドＩから各溝内を流れ
てガス排出用マニホールドＫ内に流入し、このガス排出
用マニホールドＫからガス排出口Ｌを経て外部に排出さ
れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記構成の燃料電池に
おいては、電池性能上各セルＤの燃料極Ｂに改質ガスが
均一に供給されることが要求されるが、その要求を満足
できない問題があった。即ち、前記積層体Ｅでは、図７
に模式的に示すように前記ガス供給口Ｊが連結してトン
ネル状の内部マニホールドＭが形成され、この内部マニ
ホールドＭの一方の端部（入口側）から改質ガスが供給
されることとなる。この場合、内部マニホールドＭ内に
供給される改質ガスは、流速が徐々に弱まるため入口に
近いセルＤほど多量の改質ガスが流れ込むが、入口から
遠いセルＤほど改質ガスの流入量は減少する傾向があ
る。このため、各セルＤでの起電力にバラツキが生じて
燃料電池の性能が低下してしまう。
【０００５】このような問題を解決するため、従来例え
ば入口側マニホールドのガス導入部にガス拡散用空間と
ガス整流板を設け、各セルに改質ガスを供給するように
した燃料電池（特開平８−２９３３１８号公報）が知ら
れている。又、燃料ガス流路溝の深さが入口側から出口
側に向かって漸次浅くなるように形成すると共に、その
燃料ガス流路溝に整流板を設けた燃料電池（特開平７−
２８８１３３号公報）も開示されている。又、燃料ばか
りでなく酸化剤の分配もカソード（空気極）反応への影
響が大きく問題である。更に、冷却水の分配は温度分布
の不均一化につながり、同様に問題であった。
【０００６】しかしながら、このように改良された燃料
電池では、構造の複雑化と構造部品の増加を招く難点が
ある。そこで、本発明は構造の複雑化を招くことなく、
部品点数の増加を最小限に抑えながら各セルに改質ガス
を均一に分配供給できるようにした燃料電池を提供する
ことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの手段として、本発明は、電解質膜の一方の面に燃料
極、他方の面に空気極を設けたセルを、セパレータを介
して多数積層することで積層体を形成し、この積層体内
に燃料、酸化剤乃至冷却剤をセルに分配する供給乃至排
出マニホールド（以下、内部マニホールド）を設けてな
る燃料電池において、前記積層体の少なくとも１つの内
部マニホールド内を貫通する円筒乃至円柱状貫通材を有
し、この円筒乃至円柱状貫通材と内部マニホールド内壁
との間に適宜の隙間が存在する構成の燃料電池を要旨と
する。又、この燃料電池において、前記円筒乃至円柱状
貫通材が、前記積層体を締め付け一体化させる締付部材
を構成するタイロッドの少なくとも１つであること、前
記円筒乃至円柱状貫通材には多孔質体が巻かれており、
この多孔質体により前記隙間を塞ぐこと、を特徴とする
ものである。
【０００８】本発明では、積層体を締め付け一体化する
タイロッドの役目を果たす円筒乃至円柱状貫通材を用い
て内部マニホールドに供給されるガスの整流部材とする
ことから、構造が複雑になることはない。又、円筒乃至
円柱状貫通材には多孔質体が巻かれており、この多孔質
体で隙間を塞ぐことでガスの整流をより一層均一化する
ことができる。更に、これらの手段により増加する部品
点数は極めて少ない。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係る燃料電池の実
施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、燃
料電池を模式的に示すもので、多数のセル１がセパレー
タ（図略）を介して積層されることで積層体２が形成さ
れ、この積層体２の両端に締付板３を当てて円筒乃至円
柱状の貫通材４を含む複数のタイロッドにより締め付け
一体化することで燃料電池５が構成されている。
【００１０】この場合、図示は省略したが前記セル１は
固体高分子電解質膜の一方の面に燃料極、他方の面に空
気極が設けられ、これらの極にはセパレータを介して改
質ガスの通路面（燃料室）と空気の通路面（空気室）と
がそれぞれ気密に配設されている。又、複数のタイロッ
ドについては、貫通材４以外の図示されていないタイロ
ッドは通常は燃料電池５の四隅部を締め付けており、貫
通材４は内部マニホールド６内を貫通しており、内部マ
ニホールド６内に供給される改質ガスの整流部材として
の役割を兼ねている。この貫通材４は、図３のように燃
料電池５の隅部に位置させることも可能であり、その場
合にはタイロッドの本数を増やさずに済む。
【００１１】前記内部マニホールド６は、燃料電池５の
内部を積層体２の厚さ方向に沿って貫通するように設け
られて密封空間となっており、一方の端部にはガス供給
口６ａが設けられ、側部は前記各セル１へのガス供給口
即ち燃料極側セパレータ（図略）のガス通路口１ａに対
面している。従って、前記ガス供給口６ａから内部マニ
ホールド６内に供給される改質ガス（燃料）は、燃料極
側セパレータのガス通路口１ａから各セル１に供給され
ることとなる。各セル１へのガス供給口として燃料極側
セパレータのガス供給用マニホールド（図略）を用いる
ようにしても良い。その場合には、ガス供給用マニホー
ルドを介して各セルに改質ガスが供給される。
【００１２】各セル１に供給された改質ガスは、その改
質ガス中の水素ガスと前記空気極に供給された空気中の
酸素ガス（酸化剤）とで電解質膜を介して電気化学反応
が生じ、電力と水とが生成される。各セル１で未反応に
終わった改質ガスは、前記ガス排出用マニホールド内に
流入すると共にガス排出口から排出される。排出された
未反応改質ガスは、前記改質器のバーナに送り込んで燃
焼させる。
【００１３】前記貫通材４は、図２に模式的に示すよう
に内部マニホールド６へのガス供給口６ａと、内部マニ
ホールド６から前記各セル１へのガス通路口１ａとの間
に位置して仕切るように配置され、この貫通材４と内部
マニホールド６との間には貫通材４の長さ方向に沿って
両側に適宜の隙間が生じるようにしてある。
【００１４】このように構成された本発明による燃料電
池５は、内部マニホールド６内に改質ガスが供給される
と、貫通材４で流路が狭められていることから整流さ
れ、そのため内部マニホールド６内でのガス拡散が促さ
れ、各セル１へのガスの分配供給が均一化される。即
ち、この場合にはガス供給口６ａに近いセルと遠いセル
とで、改質ガスの供給量に差が生じることはなく、各セ
ル１での起電力にバラツキが生じることなく燃料電池５
の性能を向上させることができる。貫通材４によるガス
整流作用は、貫通材４の片側のみに隙間を設けて実施す
ることも可能である。
【００１５】図４は、本発明の他の実施形態における円
筒乃至円柱状の貫通材を示すもので、その貫通材４の外
周面に多孔質体７を巻き付けた例である。多孔質体７と
しては、例えば網状物、小孔状物、ポーラス状物等が使
用でき、改質ガスは高温であるため例えばレーヨン樹脂
／ポリエステル樹脂、アラミド樹脂／ポリエステル樹脂
等耐熱性のものが好ましい。
【００１６】この多孔質体７を巻き付けた貫通材を用い
て、前記内部マニホールド６との隙間を塞ぐように構成
すれば、その多孔質体７によって更にガス拡散を増大さ
せることで各セル１へのガスの分配をより一層均一化さ
せることができる。以上燃料として改質ガスを一例とし
て述べたが、水素やメタノール等の燃料に対しても有効
である。又、空気（酸化剤）や冷却水（冷却剤）に対し
ても同様の効果が得られる。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃料電池の内部マニホールドに供給された改質ガスが各
セルへ分配される前に円筒乃至円柱状貫通材により整流
されるように構成したので、構造の複雑化を招くことな
く且つ部品点数の増加を抑えながら各セルに燃料、酸化
剤乃至冷却剤を均一に分配供給することが可能となり、
その結果各セルでバラツキが生じることなく安定した発
電が行われ、燃料電池の性能を向上させる効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池の実施形態を模式的に示
す説明図
【図２】同、側面から見た略示説明図
【図３】本発明の他の実施形態における側面から見た略
示説明図
【図４】本発明の他の実施形態における貫通材の断面図
【図５】燃料電池の構成例を示す説明図
【図６】セパレータの一例を示す説明図
【図７】従来例における各セルへの改質ガス供給状態を
模式的に示す説明図
【符号の説明】
１…セル １ａ…ガス通路口 ２…積層体 ３…締付板 ４…貫通材 ５…燃料電池 ６…内部マニホールド ６ａ…ガス供給口 ７…多孔質体
フロントページの続き (72)発明者 濱田 陽 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA02 CC06 CC08 CX01 CX06

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電解質膜の一方の面に燃料極、他方の面に
    空気極を設けたセルを、セパレータを介して多数積層す
    ることで積層体を形成し、この積層体内に燃料、酸化剤
    乃至冷却剤をセルに分配する供給乃至排出マニホールド
    （以下、内部マニホールド）を設けてなる燃料電池にお
    いて、前記積層体の少なくとも１つの内部マニホールド
    内を貫通する円筒乃至円柱状貫通材を有し、この円筒乃
    至円柱状貫通材と内部マニホールド内壁との間に適宜の
    隙間が存在することを特徴とする燃料電池。
  2. 【請求項２】前記円筒乃至円柱状貫通材が、前記積層体
    を締め付け一体化させる締付部材を構成するタイロッド
    の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載
    の燃料電池。
  3. 【請求項３】前記円筒乃至円柱状貫通材には多孔質体が
    巻かれており、この多孔質体により前記隙間を塞ぐ請求
    項１又は２記載の燃料電池。
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