JP3291719B2 - 燃料電池用セパレータ - Google Patents
燃料電池用セパレータInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
- H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
- H01M8/0254—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form corrugated or undulated
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
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- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料の有する化学エネル
ギーを電気エネルギーに直接変換する燃料電池用のセパ
レータに関し、更に詳しくは、溶融炭酸塩型燃料電池用
の内部マニホールド型セパレータに関するものである。
ギーを電気エネルギーに直接変換する燃料電池用のセパ
レータに関し、更に詳しくは、溶融炭酸塩型燃料電池用
の内部マニホールド型セパレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池（図８）は、薄い
平板状の電解質板（タイル）１を燃料極（アノード）２
と空気極（カソード）３の平板状の電極で挟んだ単セル
４から構成される。しかし、単セルでは電圧が低い
（０．８Ｖ程度）ため、実用上は導電性のバイポーラプ
レート（セパレータ）５を介し多数段に積層した電池と
して用いられる。この積層電池をスタックと呼ぶ。
平板状の電解質板（タイル）１を燃料極（アノード）２
と空気極（カソード）３の平板状の電極で挟んだ単セル
４から構成される。しかし、単セルでは電圧が低い
（０．８Ｖ程度）ため、実用上は導電性のバイポーラプ
レート（セパレータ）５を介し多数段に積層した電池と
して用いられる。この積層電池をスタックと呼ぶ。
【０００３】また、スタック内の各セルにプロセスガス
を供給する手段として、図９に示すように、スタックの
側面から直接プロセスガスを供給する外部マニホールド
方式（Ａ）と、セパレータ自体に垂直な貫通マニホール
ド８を備え、このマニホールドを介して各セルにプロセ
スガスを供給する内部マニホールド方式（Ｂ）とがある
が、スタックの高さ変化やスタック側面の凹凸の影響を
受けない点で、内部マニホールド方式が優れていると考
えられている。
を供給する手段として、図９に示すように、スタックの
側面から直接プロセスガスを供給する外部マニホールド
方式（Ａ）と、セパレータ自体に垂直な貫通マニホール
ド８を備え、このマニホールドを介して各セルにプロセ
スガスを供給する内部マニホールド方式（Ｂ）とがある
が、スタックの高さ変化やスタック側面の凹凸の影響を
受けない点で、内部マニホールド方式が優れていると考
えられている。
【０００４】本発明はかかる内部マニホールド型セパレ
ータ（以下、単にセパレータという）に関するものであ
る。
ータ（以下、単にセパレータという）に関するものであ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように燃料電
池用セパレータは、アノードガスとカソードガスを仕切
る仕切板、各セルを接続する電流コレクタ、各セルにア
ノードガスとカソードガスをそれぞれ供給する流路、の
３つの機能をになっている。かかる機能は電極面積が１
ｍ2 以上の大面積セパレータであっても同様である。
池用セパレータは、アノードガスとカソードガスを仕切
る仕切板、各セルを接続する電流コレクタ、各セルにア
ノードガスとカソードガスをそれぞれ供給する流路、の
３つの機能をになっている。かかる機能は電極面積が１
ｍ2 以上の大面積セパレータであっても同様である。
【０００６】仕切板としての機能を果たすためには、電
解質の濡れによるシール（ウェットシール）を維持する
ためにほぼ完全な平面性が要求される。大面積セパレー
タでこの要求を満たすために、板厚が０．１〜０．３ｍ
ｍの薄板を２〜６ｍｍの小さいピッチで折曲げたコルゲ
ート（板）がセパレータの流路及びマニホールドに使用
される。
解質の濡れによるシール（ウェットシール）を維持する
ためにほぼ完全な平面性が要求される。大面積セパレー
タでこの要求を満たすために、板厚が０．１〜０．３ｍ
ｍの薄板を２〜６ｍｍの小さいピッチで折曲げたコルゲ
ート（板）がセパレータの流路及びマニホールドに使用
される。
【０００７】一方、電流コレクタとしての機能を果たす
ためには、電極との接触抵抗を少なくするために比較的
高い面圧下（２〜３Kg/cm2）で電池寿命（４万時間）以
上使用できる必要がある。従ってセパレータを構成する
コルゲートは、燃料電池の運転温度（約６５０°Ｃ）に
おいて、全体として２０〜３０トン以上の圧縮力に耐え
る必要がある。
ためには、電極との接触抵抗を少なくするために比較的
高い面圧下（２〜３Kg/cm2）で電池寿命（４万時間）以
上使用できる必要がある。従ってセパレータを構成する
コルゲートは、燃料電池の運転温度（約６５０°Ｃ）に
おいて、全体として２０〜３０トン以上の圧縮力に耐え
る必要がある。
【０００８】更に、流路及びマニホールドとしての機能
を果たすためには、コルゲートを流れるガスの流路抵抗
が各セル毎に等しい必要があり、特に各セルに流れる流
量をできるだけ均一にするためには運転範囲において少
なくとも約４０ｍｍＡｑの圧力損失を有する必要があ
る。一方、圧力損失が大きすぎると、上述したウェット
シールが維持できず、ガスの漏洩やアノードガスとカソ
ードガスとのクロスリークを引き起こすため、運転範囲
において圧力損失は例えば５００ｍｍＡｑ以内であるこ
とが望まれる。
を果たすためには、コルゲートを流れるガスの流路抵抗
が各セル毎に等しい必要があり、特に各セルに流れる流
量をできるだけ均一にするためには運転範囲において少
なくとも約４０ｍｍＡｑの圧力損失を有する必要があ
る。一方、圧力損失が大きすぎると、上述したウェット
シールが維持できず、ガスの漏洩やアノードガスとカソ
ードガスとのクロスリークを引き起こすため、運転範囲
において圧力損失は例えば５００ｍｍＡｑ以内であるこ
とが望まれる。
【０００９】本発明は上述した複数の機能のすべてを満
たす新規な目的を達成するために創案されたものであ
る。すなわち、本発明の目的は、コルゲートを使用する
大面積セパレータであって、比較的高い面圧下（２〜３
Kg/cm2）で電池寿命（４万時間）以上使用することがで
き、アノード側とカソード側の両方が燃料電池の運転範
囲において最小４０ｍｍＡｑから最大５００ｍｍＡｑの
圧力損失を有する燃料電池用セパレータを提供すること
を目的とする。
たす新規な目的を達成するために創案されたものであ
る。すなわち、本発明の目的は、コルゲートを使用する
大面積セパレータであって、比較的高い面圧下（２〜３
Kg/cm2）で電池寿命（４万時間）以上使用することがで
き、アノード側とカソード側の両方が燃料電池の運転範
囲において最小４０ｍｍＡｑから最大５００ｍｍＡｑの
圧力損失を有する燃料電池用セパレータを提供すること
を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、水素を
含むアノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電
する燃料電池用の電極面積が１ｍ 2 以上の内部マニホー
ルド型セパレータにおいて、前記セパレータは、平板状
のセンタープレートを有し、連続してコの字状に折り曲
げられ、かつ一定長さごとにオフセットしているコルゲ
ート材が前記センタープレートのアノード側とカソード
側の流路に用いられ、アノード側コルゲート材は、板厚
が０．２〜０．３ｍｍ、高さが１〜１．５ｍｍ、折曲げ
ピッチが３〜４ｍｍであり、カソード側コルゲート材
は、高さが１．５〜２．０ｍｍであり、板厚が０．２ｍ
ｍで折曲げピッチが３〜４ｍｍ、又は板厚が０．３ｍｍ
で折曲げピッチが５〜６ｍｍである、ことを特徴とする
燃料電池用セパレータが提供される。
含むアノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電
する燃料電池用の電極面積が１ｍ 2 以上の内部マニホー
ルド型セパレータにおいて、前記セパレータは、平板状
のセンタープレートを有し、連続してコの字状に折り曲
げられ、かつ一定長さごとにオフセットしているコルゲ
ート材が前記センタープレートのアノード側とカソード
側の流路に用いられ、アノード側コルゲート材は、板厚
が０．２〜０．３ｍｍ、高さが１〜１．５ｍｍ、折曲げ
ピッチが３〜４ｍｍであり、カソード側コルゲート材
は、高さが１．５〜２．０ｍｍであり、板厚が０．２ｍ
ｍで折曲げピッチが３〜４ｍｍ、又は板厚が０．３ｍｍ
で折曲げピッチが５〜６ｍｍである、ことを特徴とする
燃料電池用セパレータが提供される。
【００１１】特に、アノード側コルゲート材の高さが１
ｍｍであり、カソード側コルゲート材の高さが１．５ｍ
ｍである、ことが好ましい。
ｍｍであり、カソード側コルゲート材の高さが１．５ｍ
ｍである、ことが好ましい。
【００１２】
【作用】アノード側コルゲート材が、板厚が０．２〜
０．３ｍｍ、高さが１〜１．５ｍｍ、折曲げピッチが３
〜４ｍｍであり、カソード側コルゲート材は、高さが１
〜１．５ｍｍ、折曲げピッチが３〜４ｍｍであり、カソ
ード側コルゲート材は、高さが１．５〜２．０ｍｍであ
り、板厚が０．２ｍｍで折曲げピッチが３〜４ｍｍ、又
は板厚が０．３ｍｍで折曲げピッチが５〜６ｍｍであれ
ば、燃料電池の運転温度（約６５０°Ｃ）における２〜
３Kg/cm2の面圧下で発生する最大応力が十分小さく電池
寿命の４万時間以上使用することができる。
０．３ｍｍ、高さが１〜１．５ｍｍ、折曲げピッチが３
〜４ｍｍであり、カソード側コルゲート材は、高さが１
〜１．５ｍｍ、折曲げピッチが３〜４ｍｍであり、カソ
ード側コルゲート材は、高さが１．５〜２．０ｍｍであ
り、板厚が０．２ｍｍで折曲げピッチが３〜４ｍｍ、又
は板厚が０．３ｍｍで折曲げピッチが５〜６ｍｍであれ
ば、燃料電池の運転温度（約６５０°Ｃ）における２〜
３Kg/cm2の面圧下で発生する最大応力が十分小さく電池
寿命の４万時間以上使用することができる。
【００１３】また、かかるコルゲート材を用いた燃料電
池を運転範囲で使用した場合の圧力損失は、約４０〜５
００ｍｍＡｑの範囲に入る。従って、コルゲートを使用
する大面積セパレータであって、比較的高い面圧下（２
〜３Kg/cm2）で電池寿命（４万時間）以上使用すること
ができ、アノード側とカソード側の両方が燃料電池の運
転範囲において最小４０ｍｍＡｑから最大５００ｍｍＡ
ｑの圧力損失を有する燃料電池用セパレータを提供する
ことができる。
池を運転範囲で使用した場合の圧力損失は、約４０〜５
００ｍｍＡｑの範囲に入る。従って、コルゲートを使用
する大面積セパレータであって、比較的高い面圧下（２
〜３Kg/cm2）で電池寿命（４万時間）以上使用すること
ができ、アノード側とカソード側の両方が燃料電池の運
転範囲において最小４０ｍｍＡｑから最大５００ｍｍＡ
ｑの圧力損失を有する燃料電池用セパレータを提供する
ことができる。
【００１４】
【実施例】以下に本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図１は、本発明によるセパレータの平面
図であり、図２は図１のセパレータの周辺部の部分断面
図、図３はアノードガス用マニホールド部を示す部分断
面図、図４はカソードガス用のマニホールド部を示す部
分断面図である。なお、これらの図においては、上面が
カソード側であり、下面がアノード側であるが、本発明
はこれに限られるものではなく、上面がアノード側で下
面がカソード側であっても良い。
して説明する。図１は、本発明によるセパレータの平面
図であり、図２は図１のセパレータの周辺部の部分断面
図、図３はアノードガス用マニホールド部を示す部分断
面図、図４はカソードガス用のマニホールド部を示す部
分断面図である。なお、これらの図においては、上面が
カソード側であり、下面がアノード側であるが、本発明
はこれに限られるものではなく、上面がアノード側で下
面がカソード側であっても良い。
【００１５】図１において、本発明によるセパレータ１
０は、内部マニホールド型セパレータであり、セパレー
タの両面中央部分にカソード３（及びアノード２）を嵌
め込む凹部分があり、上下部分にはセパレータを貫通す
るアノードマニホールド８ａとカソードマニホールド８
ｂが設けられている。この図において上部のマニホール
ドが入口側であり、下部のマニホールドが出口側であ
る。マニホールドから供給されたプロセスガス（アノー
ドガスとカソードガス）はカソード３（及びアノード
２）の下側（セパレータの内側）を上から下に向かって
流れるようになっている。
０は、内部マニホールド型セパレータであり、セパレー
タの両面中央部分にカソード３（及びアノード２）を嵌
め込む凹部分があり、上下部分にはセパレータを貫通す
るアノードマニホールド８ａとカソードマニホールド８
ｂが設けられている。この図において上部のマニホール
ドが入口側であり、下部のマニホールドが出口側であ
る。マニホールドから供給されたプロセスガス（アノー
ドガスとカソードガス）はカソード３（及びアノード
２）の下側（セパレータの内側）を上から下に向かって
流れるようになっている。
【００１６】図２〜図４から明らかなように、本発明に
よるセパレータ１０は、アノードガス用開口６とカソー
ドガス用開口７を有する平板状のセンタープレート１２
と、センタープレート１２の上下面に密着して取付けら
れた可撓性のコルゲート材１３、１４と、コルゲート材
１３、１４の上下に密着して取付けられ、中央部に電極
用開口１５ａ、１６ａ、周辺部にアノードガス用開口６
及びカソードガス用開口７を有する平板状のアノードマ
スクプレート１５及びカソードマスクプレート１６とか
らなる。コルゲート材１３、１４は連続してコの字状に
折り曲げられた細長い流路を有し、かつ該流路が一定長
さごとにオフセットしている。
よるセパレータ１０は、アノードガス用開口６とカソー
ドガス用開口７を有する平板状のセンタープレート１２
と、センタープレート１２の上下面に密着して取付けら
れた可撓性のコルゲート材１３、１４と、コルゲート材
１３、１４の上下に密着して取付けられ、中央部に電極
用開口１５ａ、１６ａ、周辺部にアノードガス用開口６
及びカソードガス用開口７を有する平板状のアノードマ
スクプレート１５及びカソードマスクプレート１６とか
らなる。コルゲート材１３、１４は連続してコの字状に
折り曲げられた細長い流路を有し、かつ該流路が一定長
さごとにオフセットしている。
【００１７】図２に示すように、セパレータ１０の外周
部でセンタープレート１２とアノードマスクプレート１
５及びカソードマスクプレート１６とが気密に連結さ
れ、これによりアノード側（下面）とカソード側（上
面）とをセンタープレート１２により仕切り、アノード
ガスとカソードガスとの混合を防止している。図示のよ
うにマスクプレートの外周部はプレス加工等によりセン
タープレートの位置まで絞られているのが良い。センタ
ープレートと両マスクプレートとの連結は、任意の手
段、例えば、溶接、ロウ付け、接着、カシメ等によるの
が良い。電極用開口１５ａ、１６ａにはアノード２とカ
ソード３が嵌め込まれる。アノード２とカソード３の厚
さは実質的にアノードマスクプレート１５、カソードマ
スクプレート１６と同一であり、これによりセパレータ
の表面を完全な平面とすることができる。また、図示し
ていないが、コルゲート材とマスクプレートとの間に必
要に応じてパンチングプレート等の開孔板を介在させて
も良い。
部でセンタープレート１２とアノードマスクプレート１
５及びカソードマスクプレート１６とが気密に連結さ
れ、これによりアノード側（下面）とカソード側（上
面）とをセンタープレート１２により仕切り、アノード
ガスとカソードガスとの混合を防止している。図示のよ
うにマスクプレートの外周部はプレス加工等によりセン
タープレートの位置まで絞られているのが良い。センタ
ープレートと両マスクプレートとの連結は、任意の手
段、例えば、溶接、ロウ付け、接着、カシメ等によるの
が良い。電極用開口１５ａ、１６ａにはアノード２とカ
ソード３が嵌め込まれる。アノード２とカソード３の厚
さは実質的にアノードマスクプレート１５、カソードマ
スクプレート１６と同一であり、これによりセパレータ
の表面を完全な平面とすることができる。また、図示し
ていないが、コルゲート材とマスクプレートとの間に必
要に応じてパンチングプレート等の開孔板を介在させて
も良い。
【００１８】また、図３に示すように、アノードマニホ
ールド部８ａでセンタープレート１２とカソードマスク
プレート１６のアノードガス用開口６の内端が互いに気
密に連結され、かつ図４に示すように、カソードマニホ
ールド部８ｂでセンタープレート１２とアノードマスク
プレート１５のカソードガス用開口７の内端が互いに気
密に連結されている。センタープレートは図示のように
プレス加工等により変形させておくのがよい。また連結
は、任意の手段、例えば、溶接、ロウ付け、接着、カシ
メ等によるのが良い。これにより、アノードガスとカソ
ードガスとの混合を防止し、かつアノードガスをアノー
ド側に、カソードガスをカソード側にそれぞれ供給する
ことができる。
ールド部８ａでセンタープレート１２とカソードマスク
プレート１６のアノードガス用開口６の内端が互いに気
密に連結され、かつ図４に示すように、カソードマニホ
ールド部８ｂでセンタープレート１２とアノードマスク
プレート１５のカソードガス用開口７の内端が互いに気
密に連結されている。センタープレートは図示のように
プレス加工等により変形させておくのがよい。また連結
は、任意の手段、例えば、溶接、ロウ付け、接着、カシ
メ等によるのが良い。これにより、アノードガスとカソ
ードガスとの混合を防止し、かつアノードガスをアノー
ド側に、カソードガスをカソード側にそれぞれ供給する
ことができる。
【００１９】図５は図１におけるコルゲート材の斜視図
である。図から明らかなようにコルゲート材は、板厚Ｔ
の薄い素材を連続してコの字状に一定のピッチＰ、高さ
Ｈに折り曲げたものであり、かつ一定長さＬ毎にオフセ
ットしている。
である。図から明らかなようにコルゲート材は、板厚Ｔ
の薄い素材を連続してコの字状に一定のピッチＰ、高さ
Ｈに折り曲げたものであり、かつ一定長さＬ毎にオフセ
ットしている。
【００２０】表１は、図５のコルゲート材について使用
状態における最大応力を解析し、コルゲート材の寿命を
評価したものである。この表において○印は電池寿命の
４万時間以上使用できるもの、×印は使用できないもの
を示している。
状態における最大応力を解析し、コルゲート材の寿命を
評価したものである。この表において○印は電池寿命の
４万時間以上使用できるもの、×印は使用できないもの
を示している。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１から明らかなように、ピッチＰが３〜
４ｍｍでは板厚Ｔが０．２〜０．３ｍｍ、高さＨが１．
０〜２．０ｍｍのコルゲート材を使用できるが、ピッチ
Ｐが５〜６ｍｍでは板厚Ｔが０．３ｍｍであれば同様に
使用できるが、板厚Ｔが０．２ｍｍでは使用できないこ
とがわかる。
４ｍｍでは板厚Ｔが０．２〜０．３ｍｍ、高さＨが１．
０〜２．０ｍｍのコルゲート材を使用できるが、ピッチ
Ｐが５〜６ｍｍでは板厚Ｔが０．３ｍｍであれば同様に
使用できるが、板厚Ｔが０．２ｍｍでは使用できないこ
とがわかる。
【００２３】図６はアノード側の燃料利用率Ｕｆ（％）
と圧力損失（ｍｍＡｑ）との関係を示す図であり、図７
はカソード側の酸化剤利用率Ｕｏｘ（％）と圧力損失
（ｍｍＡｑ）との関係を示す図である。図６、図７は電
極面積が１ｍ2 の大面積セパレータにおける実験結果で
ある。図６において、９本の線は上から順に高さが１．
０ｍｍでピッチが３．０、４．０、５．０ｍｍ、高さが
１．５ｍｍでピッチが３．０、４．０、５．０ｍｍ、高
さが２．０ｍｍでピッチが３．０、４．０、５．０ｍ
ｍ、のコルゲート材の場合を示している。また、図にお
けるハッチング部分は、燃料電池の運転範囲（運転レン
ジ）における適正圧力損失（４０〜５００ｍｍＡｑ）の
範囲を示している。この図から、運転範囲で適正圧力損
失の範囲に入るアノード側コルゲート材は高さが１．０
〜１．５ｍｍであり、特に好ましくは高さが１．０ｍｍ
であることがわかる。
と圧力損失（ｍｍＡｑ）との関係を示す図であり、図７
はカソード側の酸化剤利用率Ｕｏｘ（％）と圧力損失
（ｍｍＡｑ）との関係を示す図である。図６、図７は電
極面積が１ｍ2 の大面積セパレータにおける実験結果で
ある。図６において、９本の線は上から順に高さが１．
０ｍｍでピッチが３．０、４．０、５．０ｍｍ、高さが
１．５ｍｍでピッチが３．０、４．０、５．０ｍｍ、高
さが２．０ｍｍでピッチが３．０、４．０、５．０ｍ
ｍ、のコルゲート材の場合を示している。また、図にお
けるハッチング部分は、燃料電池の運転範囲（運転レン
ジ）における適正圧力損失（４０〜５００ｍｍＡｑ）の
範囲を示している。この図から、運転範囲で適正圧力損
失の範囲に入るアノード側コルゲート材は高さが１．０
〜１．５ｍｍであり、特に好ましくは高さが１．０ｍｍ
であることがわかる。
【００２４】図７において、１１本の線は上から順に高
さが１．０ｍｍでピッチが３．０、４．０、５．０、
６．０ｍｍ、高さが１．５ｍｍでピッチが３．０、４．
０、５．０、６．０ｍｍ、高さが２．０ｍｍでピッチが
３．０、４．０、５．０ｍｍ、のコルゲート材の場合を
示している。また、図におけるハッチング部分は、燃料
電池の運転範囲（運転レンジ）における適正圧力損失の
範囲を示している。この図から、運転範囲で適正圧力損
失の範囲に入るコルゲート材は高さが１．５〜２．０ｍ
ｍであり、特に好ましくは高さが１．５ｍｍであること
がわかる。表１と図６及び図７から、明らかなように、
アノード側コルゲート材が、板厚が０．２〜０．３ｍ
ｍ、高さが１〜１．５ｍｍ、折曲げピッチが３〜４ｍｍ
であり、カソード側コルゲート材は、高さが１．５〜
２．０ｍｍであり、板厚が０．２ｍｍで折曲げピッチが
３〜４ｍｍ、又は板厚が０．３ｍｍで折曲げピッチが５
〜６ｍｍであれば、燃料電池の運転温度（約６５０°
Ｃ）における２〜３Kg/cm2の面圧下で発生する最大応力
が十分小さく電池寿命の４万時間以上使用することがで
き、かつかかるコルゲート材を用いた燃料電池を運転範
囲で使用した場合の圧力損失は、約４０〜５００ｍｍＡ
ｑの範囲に入る。
さが１．０ｍｍでピッチが３．０、４．０、５．０、
６．０ｍｍ、高さが１．５ｍｍでピッチが３．０、４．
０、５．０、６．０ｍｍ、高さが２．０ｍｍでピッチが
３．０、４．０、５．０ｍｍ、のコルゲート材の場合を
示している。また、図におけるハッチング部分は、燃料
電池の運転範囲（運転レンジ）における適正圧力損失の
範囲を示している。この図から、運転範囲で適正圧力損
失の範囲に入るコルゲート材は高さが１．５〜２．０ｍ
ｍであり、特に好ましくは高さが１．５ｍｍであること
がわかる。表１と図６及び図７から、明らかなように、
アノード側コルゲート材が、板厚が０．２〜０．３ｍ
ｍ、高さが１〜１．５ｍｍ、折曲げピッチが３〜４ｍｍ
であり、カソード側コルゲート材は、高さが１．５〜
２．０ｍｍであり、板厚が０．２ｍｍで折曲げピッチが
３〜４ｍｍ、又は板厚が０．３ｍｍで折曲げピッチが５
〜６ｍｍであれば、燃料電池の運転温度（約６５０°
Ｃ）における２〜３Kg/cm2の面圧下で発生する最大応力
が十分小さく電池寿命の４万時間以上使用することがで
き、かつかかるコルゲート材を用いた燃料電池を運転範
囲で使用した場合の圧力損失は、約４０〜５００ｍｍＡ
ｑの範囲に入る。
【００２５】
【発明の効果】従って、本発明によれば、コルゲートを
使用する大面積セパレータであって、比較的高い面圧下
（２〜３Kg/cm2）で電池寿命（４万時間）以上使用する
ことができ、アノード側とカソード側の両方が燃料電池
の運転範囲において最小４０ｍｍＡｑから最大５００ｍ
ｍＡｑの圧力損失を有する燃料電池用セパレータを提供
することができる。
使用する大面積セパレータであって、比較的高い面圧下
（２〜３Kg/cm2）で電池寿命（４万時間）以上使用する
ことができ、アノード側とカソード側の両方が燃料電池
の運転範囲において最小４０ｍｍＡｑから最大５００ｍ
ｍＡｑの圧力損失を有する燃料電池用セパレータを提供
することができる。
【図１】本発明によるセパレータの平面図である。
【図２】図１のセパレータの周辺部の部分断面図であ
る。
る。
【図３】アノードガス用のマニホールド部を示す部分断
面図である。
面図である。
【図４】カソードガス用のマニホールド部を示す部分断
面図である。
面図である。
【図５】コルゲート材の斜視図である。
【図６】アノード側の燃料利用率Ｕｆ（％）と圧力損失
（ｍｍＡｑ）との関係を示す図である。
（ｍｍＡｑ）との関係を示す図である。
【図７】カソード側の酸化剤利用率Ｕｏｘ（％）と圧力
損失（ｍｍＡｑ）との関係を示す図である。
損失（ｍｍＡｑ）との関係を示す図である。
【図８】溶融炭酸塩型燃料電池の模式的構成図である。
【図９】各セルにプロセスガスを供給する手段を示す図
である。
である。
１ 電解質板（タイル） ２ 燃料極（アノード） ３ 空気極（カソード） ４ 単セル ５ バイポーラプレート（セパレータ） ６ アノードガス用開口 ７ カソードガス用開口 ８ マニホールド １０ セパレータ １２ センタープレート １３、１４ コルゲート材 １５ アノードマスクプレート １６ カソードマスクプレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 在間 信之 東京都江東区豊洲３丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (56)参考文献 特開 昭62−10868（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−15159（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−86361（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/02
Claims (2)
- 【請求項１】 水素を含むアノードガスと酸素を含むカ
ソードガスとから発電する燃料電池用の電極面積が１ｍ
2 以上の内部マニホールド型セパレータにおいて、 前記セパレータは、平板状のセンタープレートを有し、 連続してコの字状に折り曲げられ、かつ一定長さごとに
オフセットしているコルゲート材が前記センタープレー
トのアノード側とカソード側の流路に用いられ、 アノード側コルゲート材は、板厚が０．２〜０．３ｍ
ｍ、高さが１〜１．５ｍｍ、折曲げピッチが３〜４ｍｍ
であり、 カソード側コルゲート材は、高さが１．５〜２．０ｍｍ
であり、板厚が０．２ｍｍで折曲げピッチが３〜４ｍ
ｍ、又は板厚が０．３ｍｍで折曲げピッチが５〜６ｍｍ
である、ことを特徴とする燃料電池用セパレータ。 - 【請求項２】 アノード側コルゲート材の高さが１ｍｍ
であり、カソード側コルゲート材の高さが１．５ｍｍで
ある、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セ
パレータ。
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|---|---|---|---|
| JP22186892A JP3291719B2 (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 燃料電池用セパレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22186892A JP3291719B2 (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 燃料電池用セパレータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0668887A JPH0668887A (ja) | 1994-03-11 |
| JP3291719B2 true JP3291719B2 (ja) | 2002-06-10 |
Family
ID=16773444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22186892A Expired - Fee Related JP3291719B2 (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 燃料電池用セパレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3291719B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US7732084B2 (en) * | 2004-02-04 | 2010-06-08 | General Electric Company | Solid oxide fuel cell with internal reforming, catalyzed interconnect for use therewith, and methods |
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| JP6690503B2 (ja) * | 2016-11-09 | 2020-04-28 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池単セル |
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-
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- 1992-08-21 JP JP22186892A patent/JP3291719B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0668887A (ja) | 1994-03-11 |
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