JP5125016B2 - 燃料電池 - Google Patents
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
酸化ガスおよび燃料ガスの供給を受けて発電する発電層と、
前記発電層に面して配置され、対向する2つの辺を少なくとも有しており、内部に前記燃料ガスを流すことにより前記発電層に対して前記燃料ガスを供給する多孔性のガス拡散層と、
前記ガス拡散層の第1の辺に対して前記燃料ガスを供給するガス供給部とを備え、
前記ガス拡散層は、前記第1の辺から、これに対向する第2の辺にかけて、幅が漸減していく形状であり、
前記第2の辺は、前記第1の辺よりも重力方向下側に位置し、
更に、前記発電に供された燃料ガスを前記第2の辺から排出するガス排出部を備えることを要旨とする。
更に、前記発電に供された燃料ガスを前記第2の辺から排出するガス排出部を備えるものとしてもよい。
A.燃料電池の概略構成:
B.燃料電池の詳細な構成:
C.燃料電池内におけるガスの流れ:
D.効果:
E.変形例:
図1は、本発明の実施例としての燃料電池100の概略構成を示す説明図である。燃料電池100は、固体高分子型の燃料電池であり、単セルとガスセパレータとからなる燃料電池モジュール110を複数積層することで構成されている。複数の燃料電池モジュール110からなる積層体の両端には、集電板120と、絶縁板130と、エンドプレート140とがそれぞれ配置されている。両端に位置する2つのエンドプレート140は、テンションプレート150によって相互に結合されている。
図2は、燃料電池100の詳細な構成を表わす断面図である。本実施例の燃料電池100は、発電層としてのMEA(膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly)40と、ガス拡散層としての多孔体41,42と、ガスセパレータ45と、を順次積層することによって形成されている。
燃料電池100が発電する際には、図3から図6に示した穴部60が形成する酸化ガス供給マニホールド210を流れる酸化ガスが、中間プレート47(図6)の連通部76が形成する空間と、カソード側プレート48(図5)の連通孔72とを介して、多孔体42へと流入する。多孔体42内において酸化ガスは、多孔体42に平行な方向(面方向)に流れると共に、面方向に垂直な方向(積層方向)へとさらに拡散する。積層方向に拡散した酸化ガスは、触媒電極(カソード)に至り、電気化学反応に供される。このように電気化学反応に多孔体42を通過した酸化ガスは、電気化学反応により生じた生成水と共に、カソード側プレート48の連通孔73および中間プレート47の連通部77が形成する空間を介して、穴部61が形成する酸化ガス排出マニホールド215へと排出される。
以上のように構成された本実施例の燃料電池100では、MEA40に対して反応ガスを供給する多孔体41,42は、ガスの供給される上辺からこれに対向する下辺にかけてその幅が漸減する形状であるものとした。このような構成によれば、多孔体41,42の上辺から下辺に向けてスムーズにガスを分散させていくことができるので、発電効率を向上させることができる。
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこのような実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。例えば、以下のような変形が可能である。
図7ないし図9は、多孔体41,42およびMEA40の形状の変形例を示す説明図である。これらの図では、図の上部がガスの供給側で、下部が排出側であるものとする。図示するように図7には、左右の辺が内側に窪んだ形状を示し、図8には、外側に膨んだ形状を示している。また、図9には、ガスの排出側の辺が右側に寄っている形状を示している。これらの形状であっても、ガスが供給される上辺からこれに対向する下辺にかけて幅が漸減しているため、スムーズにガスを供給することができるとともに、パージ処理時に淀みなくガスを排出することが可能になる。
上記実施例では、アノード側の多孔体41とカソード側の多孔体42とが同一の形状を有するものとした。しかし、カソード側に配置される多孔体42からは酸化ガス排出マニホールド215を通じて常に不純物が排出されるのに対して、アノード側の多孔体41には、通常運転時にパージ弁315が閉じられる関係上、水や窒素等の不純物が滞留する可能性が高い。そのため、少なくとも、アノード側の多孔体41のみがガスの供給側から排出側にかけて幅が漸減する形状を有していれば発電効率の低下を抑制することが可能になる。つまり、カソード側の多孔体42は、矩形状であってもよく、また、カソード側に配置されるガス拡散層は、多孔体42によらずとも、例えば、複数の溝によって流路を形成する部材によって構成するものとしてもよい。
上記実施例では、図3〜6に示したように、MEA40や多孔体41,42の形状が逆台形状であるのに対して、シール部43やガスセパレータ45は、矩形状であるものとした。しかし、シール部43やガスセパレータ45についても、MEA40や多孔体41,42の形状と略相似の関係になるように、逆台形状に構成するものとしてもよい。
上記実施例の燃料電池100は、通常発電時においてパージ弁315を閉塞することで、アノードオフガスの排出を行うことなく発電を行うものとした。これに対して、燃料電池100は、パージ弁315を完全に閉塞することなくアノードオフガスの排出量を少量に制限した運転(少量排気運転)を行うものとしてもよい。このような運転を行う燃料電池では、アノードオフガスの排出量が制限されているため、水素循環系を有する燃料電池のようにアノードオフガスの排出量を制限することなく発電を行う燃料電池よりもカソード側からMEA40を介してアノード側に透過する窒素等の影響によって発電効率が低下するおそれがある。しかし、上記実施例のように、MEA40に対して反応ガスを供給する多孔体41,42の形状を、ガスの供給される上辺からこれに対向する下辺にかけてその幅が漸減する形状とすれば、アノード側に透過した窒素等がスムーズに排出されることになるため、発電効率を向上させることが可能になる。
41,42...多孔体
43...シール部
45...ガスセパレータ
46...アノード側プレート
47...中間プレート
48...カソード側プレート
50...単セル
60〜65...穴部
70〜73...連通孔
74〜77...連通部
78...冷媒孔
100...燃料電池
110...燃料電池モジュール
120...集電板
130...絶縁板
140...エンドプレート
150...テンションプレート
200...燃料ガス供給マニホールド
205...燃料ガス排出マニホールド
210...酸化ガス供給マニホールド
215...酸化ガス排出マニホールド
220...冷却媒体供給マニホールド
225...冷却媒体排出マニホールド
300...水素タンク
310...アノードオフガス排出管
315...パージ弁
320...コンプレッサ
330...カソードオフガス排出管
340...循環ポンプ
350...ラジエータ
SL...シールライン
Claims (2)
- 燃料電池であって、
酸化ガスおよび燃料ガスの供給を受けて発電する発電層と、
前記発電層に面して配置され、対向する2つの辺を少なくとも有しており、内部に前記燃料ガスを流すことにより前記発電層に対して前記燃料ガスを供給する多孔性のガス拡散層と、
前記ガス拡散層の第1の辺に対して前記燃料ガスを供給するガス供給部とを備え、
前記ガス拡散層は、前記第1の辺から、これに対向する第2の辺にかけて、幅が漸減していく形状であり、
前記第2の辺は、前記第1の辺よりも重力方向下側に位置し、
更に、前記発電に供された燃料ガスを前記第2の辺から排出するガス排出部を備える
燃料電池。 - 通常運転時に、前記ガス拡散層に接続された各種流路のうち、前記ガス供給部を除く流路を閉塞した状態で発電を行うことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
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