JP3055227B2 - 燃料電池 - Google Patents
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/0265—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant the reactant or coolant channels having varying cross sections
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池に関するもの
である。
である。
【０００２】
【従来の技術】以下、従来の燃料電池を図６〜図１１を
用いて説明する。
用いて説明する。
【０００３】図８〜図１０に示すように、例えば炭酸リ
チウムや炭酸カリウムなどの炭酸塩を多孔質材に浸み込
ませたり、上記炭酸塩を保持材と一緒にプレス成型した
矩形状の電解質板１を設け、該電解質板１をアノード２
（正極）とカソード３（負極）で挟み、アノード２とカ
ソード３をパンチによって多数の孔を穿孔されたパンチ
プレート４，５で挟み、パンチプレート４，５を燃料ガ
ス流路６及び酸化剤ガス流路７用のスペースを確保する
ための波板８，９で挟んで、基本単位であるセル１０を
構成し、該セル１０を、図６に示すように、電解質板１
と平行なセンタープレート１１を介して多層に積層する
ことによりスタック１２を構成する。
チウムや炭酸カリウムなどの炭酸塩を多孔質材に浸み込
ませたり、上記炭酸塩を保持材と一緒にプレス成型した
矩形状の電解質板１を設け、該電解質板１をアノード２
（正極）とカソード３（負極）で挟み、アノード２とカ
ソード３をパンチによって多数の孔を穿孔されたパンチ
プレート４，５で挟み、パンチプレート４，５を燃料ガ
ス流路６及び酸化剤ガス流路７用のスペースを確保する
ための波板８，９で挟んで、基本単位であるセル１０を
構成し、該セル１０を、図６に示すように、電解質板１
と平行なセンタープレート１１を介して多層に積層する
ことによりスタック１２を構成する。
【０００４】前記アノード２とカソード３並びにパンチ
プレート４，５は、電解質板１よりも小さく形成され
て、図７に平面形状を示すような、枠状のマスクプレー
ト１３，１４に収容されており、マスクプレート１３，
１４の外縁部がセンタープレート１１の外縁部に接合さ
れて燃料ガス流路６及び酸化剤ガス流路７をシールして
いる。
プレート４，５は、電解質板１よりも小さく形成され
て、図７に平面形状を示すような、枠状のマスクプレー
ト１３，１４に収容されており、マスクプレート１３，
１４の外縁部がセンタープレート１１の外縁部に接合さ
れて燃料ガス流路６及び酸化剤ガス流路７をシールして
いる。
【０００５】上記構造のスタック１２には、各層のセル
１０における燃料ガス流路６及び酸化剤ガス流路７の一
端側に、図７〜図９に示すように、電解質板１とセンタ
ープレート１１及びマスクプレート１３，１４を上下に
貫通し、燃料ガス流路６と連通される燃料ガス供給路１
５が、又、酸化剤ガス流路７と連通される酸化剤ガス供
給路１６が交互に形成されている。
１０における燃料ガス流路６及び酸化剤ガス流路７の一
端側に、図７〜図９に示すように、電解質板１とセンタ
ープレート１１及びマスクプレート１３，１４を上下に
貫通し、燃料ガス流路６と連通される燃料ガス供給路１
５が、又、酸化剤ガス流路７と連通される酸化剤ガス供
給路１６が交互に形成されている。
【０００６】同様に、各層のセル１０における燃料ガス
流路６及び酸化剤ガス流路７の他端側に、図７〜図９に
示すように、電解質板１とセンタープレート１１及びマ
スクプレート１３，１４を上下に貫通し、燃料ガス流路
６と連通される燃料ガス排出路１７が、又、酸化剤ガス
流路７と連通される酸化剤ガス排出路１８が交互に形成
されている。
流路６及び酸化剤ガス流路７の他端側に、図７〜図９に
示すように、電解質板１とセンタープレート１１及びマ
スクプレート１３，１４を上下に貫通し、燃料ガス流路
６と連通される燃料ガス排出路１７が、又、酸化剤ガス
流路７と連通される酸化剤ガス排出路１８が交互に形成
されている。
【０００７】又、燃料ガス流路６及び酸化剤ガス流路７
の流路断面積は、図１１に示すように、一端側から他端
側へかけて一定の大きさとなっている。
の流路断面積は、図１１に示すように、一端側から他端
側へかけて一定の大きさとなっている。
【０００８】尚、図中１９は水素と一酸化炭素を主成分
とする燃料ガス、２０は酸素と二酸化炭素を主成分とす
る酸化剤ガス、２１はスタック１２の下側に形成された
燃料ガス供給口、２２はスタック１２の下側に形成され
た酸化剤ガス供給口、２３はスタック１２の下側に形成
された燃料ガス排出口、２４はスタック１２の下側に形
成された酸化剤ガス排出口である。
とする燃料ガス、２０は酸素と二酸化炭素を主成分とす
る酸化剤ガス、２１はスタック１２の下側に形成された
燃料ガス供給口、２２はスタック１２の下側に形成され
た酸化剤ガス供給口、２３はスタック１２の下側に形成
された燃料ガス排出口、２４はスタック１２の下側に形
成された酸化剤ガス排出口である。
【０００９】そして、スタック１２下側の燃料ガス供給
口２１から燃料ガス供給路１５へ供給された燃料ガス１
９は、各層のセル１０における燃料ガス流路６へ分配さ
れ、各層の燃料ガス流路６でマスクプレート１３の孔を
通してアノード２に接触し、アノード２で燃料ガス１９
中の水素の一部が炭酸イオンと反応して水（蒸気）と二
酸化炭素を発生した後、各層のセル１０における燃料ガ
ス流路６から燃料ガス排出路１７へ集められて、スタッ
ク１２下側の燃料ガス排出口２３から排出され、又、ス
タック１２下側の酸化剤ガス供給口２２から酸化剤ガス
供給路１６へ供給された酸化剤ガス２０は、各層のセル
１０における酸化剤ガス流路７へ分配され、各層の酸化
剤ガス流路７でマスクプレート１４の孔を通してカソー
ド３に接触し、カソード３で酸化剤ガス２０中の酸素と
二酸化炭素の一部がカソード３に接触して炭酸イオンを
発生した後、各層のセル１０における酸化剤ガス流路７
から酸化剤ガス排出路１８へ集められて、スタック１２
下側の酸化剤ガス排出口２４から排出され、この時、ア
ノード２における燃料ガス１９の反応とカソード３にお
ける酸化剤ガス２０の反応によりアノード２とカソード
３の間に生じた電位差によって発電が行われる。
口２１から燃料ガス供給路１５へ供給された燃料ガス１
９は、各層のセル１０における燃料ガス流路６へ分配さ
れ、各層の燃料ガス流路６でマスクプレート１３の孔を
通してアノード２に接触し、アノード２で燃料ガス１９
中の水素の一部が炭酸イオンと反応して水（蒸気）と二
酸化炭素を発生した後、各層のセル１０における燃料ガ
ス流路６から燃料ガス排出路１７へ集められて、スタッ
ク１２下側の燃料ガス排出口２３から排出され、又、ス
タック１２下側の酸化剤ガス供給口２２から酸化剤ガス
供給路１６へ供給された酸化剤ガス２０は、各層のセル
１０における酸化剤ガス流路７へ分配され、各層の酸化
剤ガス流路７でマスクプレート１４の孔を通してカソー
ド３に接触し、カソード３で酸化剤ガス２０中の酸素と
二酸化炭素の一部がカソード３に接触して炭酸イオンを
発生した後、各層のセル１０における酸化剤ガス流路７
から酸化剤ガス排出路１８へ集められて、スタック１２
下側の酸化剤ガス排出口２４から排出され、この時、ア
ノード２における燃料ガス１９の反応とカソード３にお
ける酸化剤ガス２０の反応によりアノード２とカソード
３の間に生じた電位差によって発電が行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の燃料電池には、以下のような問題があった。
来の燃料電池には、以下のような問題があった。
【００１１】即ち、アノード２における反応は水素と炭
酸イオンから蒸気と二酸化炭素が発生する体積増加反応
であり、又、カソード３における反応は酸素と二酸化炭
素から炭酸イオンが発生するという体積減少反応である
にも拘らず、燃料ガス流路６及び酸化剤ガス流路７の流
路断面積を、図１１に示すように、一端側から他端側へ
かけて一定の大きさとしていたので、燃料ガス流路６で
は一端側から他端側へ進むに従い燃料ガス１９の圧力が
増加することとなり、反対に酸化剤ガス流路７では一端
側から他端側へ進むに従い酸化剤ガス２０の圧力が減少
することとなってしまう。
酸イオンから蒸気と二酸化炭素が発生する体積増加反応
であり、又、カソード３における反応は酸素と二酸化炭
素から炭酸イオンが発生するという体積減少反応である
にも拘らず、燃料ガス流路６及び酸化剤ガス流路７の流
路断面積を、図１１に示すように、一端側から他端側へ
かけて一定の大きさとしていたので、燃料ガス流路６で
は一端側から他端側へ進むに従い燃料ガス１９の圧力が
増加することとなり、反対に酸化剤ガス流路７では一端
側から他端側へ進むに従い酸化剤ガス２０の圧力が減少
することとなってしまう。
【００１２】よって、燃料ガス流路６及び酸化剤ガス流
路７内部における燃料ガス１９及び酸化剤ガス２０の流
れが不均一となり、発電効率の低下や電池性能の劣化の
原因となっていた。
路７内部における燃料ガス１９及び酸化剤ガス２０の流
れが不均一となり、発電効率の低下や電池性能の劣化の
原因となっていた。
【００１３】本発明は、上述の実情に鑑み、燃料ガス流
路及び酸化剤ガス流路内部に燃料ガス及び酸化剤ガスを
均一に流すことにより、発電効率の低下や電池性能の劣
化を防止し得るようにした燃料電池を提供することを目
的とするものである。
路及び酸化剤ガス流路内部に燃料ガス及び酸化剤ガスを
均一に流すことにより、発電効率の低下や電池性能の劣
化を防止し得るようにした燃料電池を提供することを目
的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、電解質板の一側に配設され且つ周縁部を
マスクプレートによって包囲されたアノードと、前記電
解質板の他側に配設され且つ周縁部をマスクプレートに
よって包囲されたカソードとを備えたセルを、センター
プレートを介して複数積層することにより、アノードを
包囲するマスクプレートとセンタープレートとの間に、
セルの一端側から他端側へ向かって燃料ガスが流通可能
な燃料ガス流路を、また、カソードを包囲するマスクプ
レートとセンタープレートとの間に、セルの一端側から
他端側へ向かって酸化剤ガスが流通可能な酸化剤ガス流
路を形成した燃料電池において、燃料ガス流路の流路断
面の上下方向の寸法が燃料ガス流通方向に向かって徐々
に拡大し且つ酸化剤ガス流路の流路断面の上下方向の寸
法が酸化剤ガス流通方向に向かって徐々に縮小するよう
に、マスクプレートの形状を設定している。
め、本発明は、電解質板の一側に配設され且つ周縁部を
マスクプレートによって包囲されたアノードと、前記電
解質板の他側に配設され且つ周縁部をマスクプレートに
よって包囲されたカソードとを備えたセルを、センター
プレートを介して複数積層することにより、アノードを
包囲するマスクプレートとセンタープレートとの間に、
セルの一端側から他端側へ向かって燃料ガスが流通可能
な燃料ガス流路を、また、カソードを包囲するマスクプ
レートとセンタープレートとの間に、セルの一端側から
他端側へ向かって酸化剤ガスが流通可能な酸化剤ガス流
路を形成した燃料電池において、燃料ガス流路の流路断
面の上下方向の寸法が燃料ガス流通方向に向かって徐々
に拡大し且つ酸化剤ガス流路の流路断面の上下方向の寸
法が酸化剤ガス流通方向に向かって徐々に縮小するよう
に、マスクプレートの形状を設定している。
【００１５】
【作用】本発明の燃料電池においては、アノードを包囲
するマスクプレートとセンタープレートとで形成される
燃料ガス流路の流路断面の上下方向の寸法を、燃料ガス
流通方向に向かって徐々に拡大させて、アノードにより
体積増加反応を呈する燃料ガスが、当該燃料ガス流路内
で一定の圧力を保持するようにし、また、カソードを包
囲するマスクプレートとセンタープレートとで形成され
る酸化剤ガス流路の流路断面の上下方向の寸法を、酸化
剤ガス流通方向に向かって徐々に縮小させて、カソード
により体積減少反応を呈する酸化剤ガスが、当該酸化剤
ガス流路で一定の圧力を保持するようにし、燃料ガス及
び酸化剤ガスがそれぞれのガス流路内を均一に流れるよ
うにする。
するマスクプレートとセンタープレートとで形成される
燃料ガス流路の流路断面の上下方向の寸法を、燃料ガス
流通方向に向かって徐々に拡大させて、アノードにより
体積増加反応を呈する燃料ガスが、当該燃料ガス流路内
で一定の圧力を保持するようにし、また、カソードを包
囲するマスクプレートとセンタープレートとで形成され
る酸化剤ガス流路の流路断面の上下方向の寸法を、酸化
剤ガス流通方向に向かって徐々に縮小させて、カソード
により体積減少反応を呈する酸化剤ガスが、当該酸化剤
ガス流路で一定の圧力を保持するようにし、燃料ガス及
び酸化剤ガスがそれぞれのガス流路内を均一に流れるよ
うにする。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。
明する。
【００１７】図１〜図４は、本発明の一実施例である。
【００１８】又、図中、図６〜図１１と同一の構成部分
については同一の符号を付すことにより説明を省略する
ものとし、以下、本発明に特有の構成についてのみ説明
して行く。
については同一の符号を付すことにより説明を省略する
ものとし、以下、本発明に特有の構成についてのみ説明
して行く。
【００１９】本実施例では、センタープレート２５を電
解質板１に対して斜めに配置することにより、アノード
２を包囲するマスクプレート１３とセンタープレート２
５とで形成される燃料ガス流路２６の流路断面の上下方
向の寸法を、燃料ガス供給路１５側から燃料ガス排出路
１７側へ向かって徐々に拡大させ、また、カソード３を
包囲するマスクプレート１４とセンタープレート２５と
で形成される酸化剤ガス流路２７の流路断面の上下方向
の寸法を、酸化剤ガス供給路１６側から酸化剤ガス排出
路１８側へ向かって徐々に縮小させている。
解質板１に対して斜めに配置することにより、アノード
２を包囲するマスクプレート１３とセンタープレート２
５とで形成される燃料ガス流路２６の流路断面の上下方
向の寸法を、燃料ガス供給路１５側から燃料ガス排出路
１７側へ向かって徐々に拡大させ、また、カソード３を
包囲するマスクプレート１４とセンタープレート２５と
で形成される酸化剤ガス流路２７の流路断面の上下方向
の寸法を、酸化剤ガス供給路１６側から酸化剤ガス排出
路１８側へ向かって徐々に縮小させている。
【００２０】次に、作動について説明する。
【００２１】燃料電池が発電を行う過程については図６
〜図１１と同様なので説明を省略する。
〜図１１と同様なので説明を省略する。
【００２２】アノード２における反応は水素と炭酸イオ
ンから蒸気と二酸化炭素が発生する体積増加反応であ
り、又、カソード３における反応は酸素と二酸化炭素か
ら炭酸イオンが発生するという体積減少反応であるが、
本発明では、センタープレート２５を電解質板１に対し
て斜めに配置することにより、燃料ガス流路２６を燃料
ガス供給路１５側から燃料ガス排出路１７側へ進むに従
い内部を流れる流体の体積増加に応じて流路断面積が増
加する形状とし、且つ、酸化剤ガス流路２７を酸化剤ガ
ス供給路１６側から酸化剤ガス排出路１８側へ進むに従
い内部を流れる流体の体積減少に応じて流路断面積が減
少する形状としたので、燃料ガス流路２６では燃料ガス
供給路１５側から燃料ガス排出路１７側まで燃料ガス１
９の圧力が一定となり、又、酸化剤ガス流路２７では酸
化剤ガス供給路１６側から酸化剤ガス排出路１８側まで
酸化剤ガス２０の圧力が一定となり、よって、燃料ガス
流路２６及び酸化剤ガス流路２７内部における燃料ガス
１９及び酸化剤ガス２０の流れが均一となり、発電効率
の低下や電池性能の劣化が防止される。
ンから蒸気と二酸化炭素が発生する体積増加反応であ
り、又、カソード３における反応は酸素と二酸化炭素か
ら炭酸イオンが発生するという体積減少反応であるが、
本発明では、センタープレート２５を電解質板１に対し
て斜めに配置することにより、燃料ガス流路２６を燃料
ガス供給路１５側から燃料ガス排出路１７側へ進むに従
い内部を流れる流体の体積増加に応じて流路断面積が増
加する形状とし、且つ、酸化剤ガス流路２７を酸化剤ガ
ス供給路１６側から酸化剤ガス排出路１８側へ進むに従
い内部を流れる流体の体積減少に応じて流路断面積が減
少する形状としたので、燃料ガス流路２６では燃料ガス
供給路１５側から燃料ガス排出路１７側まで燃料ガス１
９の圧力が一定となり、又、酸化剤ガス流路２７では酸
化剤ガス供給路１６側から酸化剤ガス排出路１８側まで
酸化剤ガス２０の圧力が一定となり、よって、燃料ガス
流路２６及び酸化剤ガス流路２７内部における燃料ガス
１９及び酸化剤ガス２０の流れが均一となり、発電効率
の低下や電池性能の劣化が防止される。
【００２３】図５は本発明の他の実施例であり、電解質
板１とセンタープレート２５に対して斜めに配置した以
外は前記実施例のものと同様の構成を備えており、同様
の作用効果を得ることができ、しかもスタック１２を矩
型状にすることができるので、製造上及び設置上、前記
実施例のものよりも有利である。
板１とセンタープレート２５に対して斜めに配置した以
外は前記実施例のものと同様の構成を備えており、同様
の作用効果を得ることができ、しかもスタック１２を矩
型状にすることができるので、製造上及び設置上、前記
実施例のものよりも有利である。
【００２４】尚、本発明は、上述の実施例にのみ限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々変更を加え得ることは勿論である。
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料電池
によれば、アノードを包囲するマスクプレートとセンタ
ープレートとで形成される燃料ガス流路の流路断面の上
下方向の寸法を、燃料ガス流通方向に向かって徐々に拡
大させ、また、カソードを包囲するマスクプレートとセ
ンタープレートとで形成される酸化剤ガス流路の流路断
面の上下方向の寸法を、酸化剤ガス流通方向に向かって
徐々に縮小させているので、燃料ガス及び酸化剤ガスが
それぞれのガス流路内を均一に流れ、発電効率の低下や
電池性能の劣化が防止でき、更に、セルを複数積層した
ときの全高の増大を抑制することができる、という優れ
た効果を奏し得る。
によれば、アノードを包囲するマスクプレートとセンタ
ープレートとで形成される燃料ガス流路の流路断面の上
下方向の寸法を、燃料ガス流通方向に向かって徐々に拡
大させ、また、カソードを包囲するマスクプレートとセ
ンタープレートとで形成される酸化剤ガス流路の流路断
面の上下方向の寸法を、酸化剤ガス流通方向に向かって
徐々に縮小させているので、燃料ガス及び酸化剤ガスが
それぞれのガス流路内を均一に流れ、発電効率の低下や
電池性能の劣化が防止でき、更に、セルを複数積層した
ときの全高の増大を抑制することができる、という優れ
た効果を奏し得る。
【図１】本発明の一実施例の全体側面図である。
【図２】本発明にかかる図８と同様の図である。
【図３】本発明にかかる図９と同様の図である。
【図４】図１の燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路の状態
を示す概略側面図である。
を示す概略側面図である。
【図５】本発明の他の実施例の全体側面図である。
【図６】従来例の全体側面図である。
【図７】図６のマスクプレートの概略平面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ矢視図である。
【図１０】図８・図９のＸ−Ｘ矢視図である。
【図１１】図６の燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路の状
態を示す概略側面図である。
態を示す概略側面図である。
１ 電解質板 ２ アノード ３ カソード１０ セル １３ マスクプレート １４ マスクプレート １９ 燃料ガス ２０ 酸化剤ガス２５ センタープレート ２６ 燃料ガス流路 ２７ 酸化剤ガス流路
Claims (1)
- 【請求項１】 電解質板の一側に配設され且つ周縁部を
マスクプレートによって包囲されたアノードと、前記電
解質板の他側に配設され且つ周縁部をマスクプレートに
よって包囲されたカソードとを備えたセルを、センター
プレートを介して複数積層することにより、アノードを
包囲するマスクプレートとセンタープレートとの間に、
セルの一端側から他端側へ向かって燃料ガスが流通可能
な燃料ガス流路を、また、カソードを包囲するマスクプ
レートとセンタープレートとの間に、セルの一端側から
他端側へ向かって酸化剤ガスが流通可能な酸化剤ガス流
路を形成した燃料電池において、燃料ガス流路の流路断
面の上下方向の寸法が燃料ガス流通方向に向かって徐々
に拡大し且つ酸化剤ガス流路の流路断面の上下方向の寸
法が酸化剤ガス流通方向に向かって徐々に縮小するよう
に、マスクプレートの形状を設定したことを特徴とする
燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3174466A JP3055227B2 (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3174466A JP3055227B2 (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04370664A JPH04370664A (ja) | 1992-12-24 |
| JP3055227B2 true JP3055227B2 (ja) | 2000-06-26 |
Family
ID=15978980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3174466A Expired - Fee Related JP3055227B2 (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3055227B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10201149A1 (de) * | 2002-01-15 | 2003-07-31 | H2 Interpower Brennstoffzellen | Langgestreckte Brennstoffzelle mit Querkanälen zur Gasversorgung |
| CA2380637C (en) * | 2002-05-03 | 2003-12-23 | Powerdisc Development Corporation Ltd. | Fuel cell plates and assemblies |
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