JP2510676B2 - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JP2510676B2 JP63153584A JP15358488A JP2510676B2 JP 2510676 B2 JP2510676 B2 JP 2510676B2 JP 63153584 A JP63153584 A JP 63153584A JP 15358488 A JP15358488 A JP 15358488A JP 2510676 B2 JP2510676 B2 JP 2510676B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料電池本体に係り、特に改質ガスを燃料
とした外部マニホールド型の燃料電池に関する。
〔従来の技術〕
燃料電池は、燃料の有する化学エネルギーを直接電気
エネルギーに変換する発電方式である。このような燃料
電池は一般に、電解質をはさんで一対の多孔質ガス拡散
電極を配置し、一方の電極(燃料極)の電解質と反対側
に水素等の燃料ガスを供給し、他方(酸化剤極)には空
気に含まれる酸素を供給して、触媒反応により電気化学
的に電気エネルギーを取り出すものである。上記におい
て、電解質といては溶融塩、アルカリ液、酸性液等が用
いられ、特に第一世代型として代表的なものにリン酸が
あげられる。第6図は、リン酸を電解質とした電池の構
成を示している。燃料電池は第6図に示すように、ガス
流路を有する一対の電極1,2間に電解質3を配して成る
単電池をセパレータ4を介して複数個積層して構成され
る。このように積層した電池本体に酸化剤ガス5及び燃
料ガス6を供給及び排出する手段として、第7図に示す
ように、電池本体7の側面にマニホールド8を設けてい
る。第7図ではガスは側面から供給されているが、マニ
ホールド8の下部又は上部から供給されるものもある。
上記燃料電池において、燃料ガスとしては、天然ガス
(主成分がメタン)等を水蒸気改質して得られる水素を
含むガスが用いられ、その組成は水素:約75%、な二酸
化炭素25%である。
一方酸化剤ガスとしては通常空気が用いられるため、
その組成は、酸素21%、窒素79%である。燃料電池で
は、供給された反応成分(水素及び酸素)のうち、その
100%の量を消費するのでは無く、通常水素は80%程
度、酸素は60%程度消費される。これを利用率と呼ぶ。
従って、入口ガス組成と、利用率によって、出口ガスの
組成が変化することになる。燃料電池では直流のエネル
ギーを発生する際、水を生成し、その大半は酸化剤極と
しての空気極側へ排出されるため、空気極の出口側では
多くの水分を含むことになる。従って、燃料電池では、
入口と出口のガス組成が大きく異なった状態で運転され
る。この出入口のガス状態を第8図に示す。空気極側よ
りも燃料極側での出入口の差、つまり、ガス組成、ガス
流量及びガス密度の差が大きいことがわかる。出口流量
が減少することで出口付近でのガス流分布に差が生じ易
くなり、セル面内の電流分布に悪影響を及ぼす。又、燃
料極は出口側の方が密度が高く、マニホールドの高さ、
セルの圧損の関係により、積層下部でガスが流れ難くな
り、性能が低下する等の問題点がある。これらの問題点
を解決するため、例えば特開昭59−149661号公報に記載
されているように電池本体を複数個のブロックに分割す
るとともに、ガスを各電池ブロックに順次直列に流して
ガス流路を流れる流量を多くすることで、ガス流分布を
均一化する試みが成されていた。しかし、マニホールド
の仕切り構造が複雑となる問題点があった。一方、ガス
組成に基づく問題点に関しては、利用率を下げて運転を
する等の運転法上の対策や、マニホールド高さを低くし
て、積層下部にガスのヘッド圧がかからないようにする
等構造上の対策が考えられるが、プラント効率が下がる
こと、スタックが内部で多数に分割した構造となるた
め、結果的に高さが高くなる等の問題があった。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の燃料電池は、このように運転されていたが、特
に、ガス組成に基づく対策は、プラント効率が下がるこ
とや、スタックが高くなるなどの問題があった。
すなわち、ガス組成に基づく問題点は、燃料出入口マ
ニホールド内のガス密度差にあり、第9図に示すよう
に、密度差に基づくヘッド圧とセルのガス溝の流路抵抗
との関係によるものである。ガス密度差を小さくする手
段としは、1番目に第9図に示すマニホールド高さHを
低くすることである。ヘッド圧は密度差Δδ×高さHの
関係であるから、Hを低くすれば、下部セレへガスが流
れ易くなるわけであるが、ある容量のスタックを設計す
る場合、上記マニホールドの高さの制約上、スタック高
さを小さくしてスタック数を増やすか、又は、1つの圧
力容器内の複数に分割したマニホールドを有するブロッ
クを重ねて収納するか、どちらかの方法をとる必要が生
じる。いずれの場合もプラント内に占めるスタック部分
の容積が大きくなり、又、配管構造が複雑となり、得策
ではない。2番目の手段として密度差を小さくすること
が考えられる。これは、入口の燃料量を増やして水素利
用率を下げるか、入口水素濃度を下げて出口の水素濃度
低下、すなわち出口ガス密度上昇を抑えるものである
が、余分な燃料が必要なため、プラント効率が低下する
こと、燃料極出口ガスを燃料とした改質器バーナ等の燃
焼部の温度制御が複雑となる等、種々の問題点が考えら
れる。
本発明は、これにかんがみ、なされたものであり、出
入口のガス密度下が生じても、プラント効率や他の機器
の燃焼制御性を犠牲にすることなく、又、スタックの大
きさや、配管の構造を犠牲にすることなく、マニホール
ド内上下にわたって均一なガス流を得られる燃料電池を
提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
すなわち本発明は、第9図の圧損ΔPに着目し,この
ΔPを増大せしめるべく、セパレータに、ガス流路の一
部を閉塞あるいは流路抵抗が増大するような突起を設
け,その突起形状、員数をマニホールド高さに応じて最
適に設計し、前記ガス密度差に基づく流れの問題を解決
しようとするものである。
セパレータに突起を設ける他、電極の特に燃料極側の
ガス流路における流路抵抗を増大せしめるべく空気極側
よりもガス流路本数を少なくするか、流路断面積を小さ
くすることにより、前記問題を解決しようとするもので
ある。
〔作 用〕
すわわち、このように形成された電池本体であると、
第9図に示す圧損ΔPと、ヘッド圧Δδ×Hの関係をΔ
P>Δδ×Hとなるようにすれば、運転条件によって決
まる燃料極出入口マニホールドの密度差に基づく積層上
下間の流れの問題が解決される。
すなわち、前記突起を設けたことや、流路抵抗を空気
極側よりも大きくしたことで、マニホールド入口の圧力
が上昇し、出口マニホールド下部にかかるヘッド圧より
も入口から出口に向かって押し込む圧の方が大きくな
り、マニホールド内積層上下部ともに、良好なガス流れ
が得られるわけである。
〔実施例〕
以下図示した実施例に基づいて、本発明を詳細に説明
する。
第1図は、本発明による電池構成が示されている。ガ
ス拡散電極1,2のガス流路9の入口部に対向したセパレ
ータ4に突起10が設けられている。この突起は、セパレ
ータ4と同一材質のガス不透過性カーボン材料を接着す
るか、セパレータ4を制作する時に同時に成形しても良
い。又、突起10は電極と同一材質の多孔質カーボン材料
でも、流路抵抗を増大する目的は得られる。本実施例で
は、ガス入口部の一部に突起10を設けているが、これに
限るものでは無く、どこに配置しても同様な結果が得ら
れる。又、本実施例では、全てのガス流路に突起10を設
けているが、これは必要な圧損を得るために必要な数だ
けで良いことは、言うまでもない。又、第2図に示す例
では、ガス流路9の約半分を突起10で塞いでいるが、こ
の形状も必要な圧損を得ることが出来れば良く、第2図
の形状に限るものではない。第3図から第5図に他の実
施例を示す。前に述べたように、出入口マニホールド内
の密度差が問題となるのは、一般に燃料極側であるた
め、空気極1と燃料極2のガス流路形状を変えたもので
ある。尚、以下図面は簡略図として空気及び燃料極のガ
ス流れを同一方向に示すこととするが、流し方を限定す
るものでは無い。第3図は、燃料極2ガス流路本数を空
気極1より少なくした例である。この少なくする割合
は、前の実施例と同様に、必要な圧損によって最適に決
定される。第4図は、燃料極2のガス溝深さを浅くした
例であり、第5図は燃料極2のガス溝巾を狭くした例で
ある。
〔発明の効果〕
以上説明してきたように、燃料電池のセパレータにガ
ス拡散電極のガス流路の一部を閉塞あるいは流路抵抗が
増大するような突起を設け、その突起形状、員数をマニ
ホールドの高さ応じて最適に設計し、セル出入口の圧損
がガス密度差に基づく出口マニホールド下部のヘッド圧
よりも大きくすることで、マニホールド高さが高くて
も、燃料利用率を低くすることなく、従って、効率を犠
牲にすることなくガス密度差に基づくマニホールド内積
層上下方向のガス流アンバランスを防止することが出来
る。
この結果、どのような運転状態においてもガス流分布
の均一な運転が可能となり、信頼性の高い燃料電池を得
ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示すセル構成を示す斜視図、
第2図は同側面図、第3図から第5図は本発明の別な実
施例を示すセル構成の側面図、第6図は従来の電池構成
を示す斜視図、第7図は従来の電池構成を示す外形図、
第8図はガスの出入口での状態を示す説明図、第9図は
本発明の原理を示す説明図をそれぞれ示す。 1……ガス拡散電極(空気極)、2……ガス拡散電極
(燃料極)、4……セパレータ、8……マニホールド、
9……ガス流路、10……突起

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数のガス流路をそれぞれ有する燃料極及
    び酸化剤極から成る一対のガス拡散電極間に電解質を配
    してなる単電池をセパレータを介して複数段積層した電
    池本体の側面に、前記燃料極のガス流路に燃料ガスを一
    括して給排する一対のマニホールド及び前記酸化剤極の
    ガス流路に酸化剤ガスを一括して給排する一対のマニホ
    ールドを取り付けて成る燃料電池において、 前記燃料極のガス流路は、流路抵抗による圧損ΔPが燃
    料極出入口マニホールドでの燃料ガス密度差Δδとマニ
    ホールド高さHに基づく出口マニホールド下部のヘッド
    圧Δδ×Hよりも大きくなるように流路抵抗が設定され
    ていることを特徴とする燃料電池。
  2. 【請求項2】前記流路抵抗は、前記複数のガス流路の一
    部を閉塞せしめる突起あるいは該流路の断面積を減少せ
    しめる突起を、前記セパレータのガス流路面に設けるこ
    とにより設定されてい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】前記流路抵抗は、ガス流路の個数の減少、
    あるいは前記ガス流路の少なくとも一つの流路自体の断
    面積を減少させることにより設定さ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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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101876061B1 (ko) * 2016-09-29 2018-07-06 현대자동차주식회사 연료전지 스택

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3906673B2 (ja) * 2001-11-15 2007-04-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池及びその組付方法
JP2006049226A (ja) * 2004-08-09 2006-02-16 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池
JP2006216418A (ja) * 2005-02-04 2006-08-17 Toyota Motor Corp 燃料電池用膜電極複合体に用いられる内側集電体、および燃料電池用膜電極複合体
JP4753599B2 (ja) 2005-03-17 2011-08-24 本田技研工業株式会社 燃料電池
KR100718113B1 (ko) 2006-01-27 2007-05-15 삼성에스디아이 주식회사 연료전지의 바이폴라 플레이트 및 연료전지
JP5125275B2 (ja) 2007-02-05 2013-01-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池および燃料電池搭載車両
JP2009037860A (ja) * 2007-08-01 2009-02-19 Hitachi Ltd 燃料電池およびそれに用いるセパレータ
JP5604977B2 (ja) * 2010-05-21 2014-10-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
US8197982B2 (en) * 2011-11-15 2012-06-12 Delphi Technologies, Inc. Fuel cell with internal flow control

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4292379A (en) * 1980-04-28 1981-09-29 Westinghouse Electric Corp. Variable area fuel cell process channels
JPS58129788A (ja) * 1982-01-29 1983-08-02 Toshiba Corp 溶融炭酸塩燃料電池積層体
JPS58166658A (ja) * 1982-03-27 1983-10-01 Hitachi Ltd 燃料電池
JPH081805B2 (ja) * 1985-06-14 1996-01-10 株式会社日立製作所 燃料電池
JPS6313276A (ja) * 1986-07-04 1988-01-20 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池のバイポ−ラ板

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101876061B1 (ko) * 2016-09-29 2018-07-06 현대자동차주식회사 연료전지 스택

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