JPH01258365A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH01258365A JPH01258365A JP63082939A JP8293988A JPH01258365A JP H01258365 A JPH01258365 A JP H01258365A JP 63082939 A JP63082939 A JP 63082939A JP 8293988 A JP8293988 A JP 8293988A JP H01258365 A JPH01258365 A JP H01258365A
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Classifications
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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
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- H01M4/8626—Porous electrodes characterised by the form
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-
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
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- Sustainable Energy (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野〕
本発明は燃料電池に係わり、特に溶融炭酸塩型燃料電池
のプロセスガス冷却方式において、電池面内での温度分
布を均一にするため、プロセスガスを意図的に偏流させ
、電池内温度を均一にするのに適した燃料電池を提供す
るものである。
のプロセスガス冷却方式において、電池面内での温度分
布を均一にするため、プロセスガスを意図的に偏流させ
、電池内温度を均一にするのに適した燃料電池を提供す
るものである。
燃料電池は電池反応を利用して運転するが反応は発熱反
応であり、高温になると電解質の蒸発による損失、セパ
レータに代表せられる電池部材の急激な腐食による性能
低下や、電池寿命が短縮される等の弊害が起こる。この
ため電池を冷却する技術が種々検討されており、特に酸
化剤ガスを用いて電池内各部を冷却する所謂プロセスガ
ス冷却方式が注目され、特開昭６０−１８９８６８号、
特開昭６０−１７９６３２号公報ではガス流路本数を増
減させたり。
応であり、高温になると電解質の蒸発による損失、セパ
レータに代表せられる電池部材の急激な腐食による性能
低下や、電池寿命が短縮される等の弊害が起こる。この
ため電池を冷却する技術が種々検討されており、特に酸
化剤ガスを用いて電池内各部を冷却する所謂プロセスガ
ス冷却方式が注目され、特開昭６０−１８９８６８号、
特開昭６０−１７９６３２号公報ではガス流路本数を増
減させたり。
ガス流路を蛇行させる等の方法で実施することが記載さ
れている。
れている。
しかし、前記プロセスガス冷却方法において、公知の手
段で構成した電池に単に冷却のため酸化剤ガスを多量に
流すとガス入口側が適冷され、内部が昇温し電池面内で
の均一な温度分布を得ることができない。このため前記
特開昭６０−１８９８６８号。
段で構成した電池に単に冷却のため酸化剤ガスを多量に
流すとガス入口側が適冷され、内部が昇温し電池面内で
の均一な温度分布を得ることができない。このため前記
特開昭６０−１８９８６８号。
特開昭６０−１７９６３２号公報のようにガス流路を加
工し、電池面内の温度分布をより均一にしようとすると
、ガス流路の形成は均一化、精度を向上させんとすれば
する程益々複雑な形状を必要とし、これを機械加工で行
う場合は、多くの労力を必要とする上に精度の劣化を来
たす危険があり、塑性加工を行う場合は、金型が複雑で
高価となる問題点がある。
工し、電池面内の温度分布をより均一にしようとすると
、ガス流路の形成は均一化、精度を向上させんとすれば
する程益々複雑な形状を必要とし、これを機械加工で行
う場合は、多くの労力を必要とする上に精度の劣化を来
たす危険があり、塑性加工を行う場合は、金型が複雑で
高価となる問題点がある。
本発明は上記の問題点を解決した簡単な構造で電池面内
での温度分布を均一化することにある。
での温度分布を均一化することにある。
本発明者らは上記の問題点を解決するため研究を進め、
多孔質金属によりガス流路を形成さすことに着目し、電
極とセパレータとの間に燃料と酸化剤ガス用の流路を形
成した燃料電池において、ガス流路構成部材に多孔質金
属を使用し、前記多孔質金属の空孔サイズ、多孔率をガ
ス流路の温度分布に応じ各部毎に異にさせ、流れるガス
流量分布を調整することにより解決した。
多孔質金属によりガス流路を形成さすことに着目し、電
極とセパレータとの間に燃料と酸化剤ガス用の流路を形
成した燃料電池において、ガス流路構成部材に多孔質金
属を使用し、前記多孔質金属の空孔サイズ、多孔率をガ
ス流路の温度分布に応じ各部毎に異にさせ、流れるガス
流量分布を調整することにより解決した。
本発明ではセパレータに多孔質金属を設置しその中に含
まれる空孔を利用し流路を形成させであるので、セパレ
ータに吹入したガスは多孔質金属の孔を通って分散する
。このとき、孔を通るガスは空孔サイズ、多孔率を変え
ることにより変化するので流体ガスの圧力損失を調整す
ることができる。つまり、電池面内での温度分布を予め
把握しておき、温度の高い所と低い所では別異の空孔サ
イズ、多孔率を有する多孔質金属を設置すると、電池内
ではそれに応じた偏流がおこり電池内温度をほぼ均一に
保持することができる。
まれる空孔を利用し流路を形成させであるので、セパレ
ータに吹入したガスは多孔質金属の孔を通って分散する
。このとき、孔を通るガスは空孔サイズ、多孔率を変え
ることにより変化するので流体ガスの圧力損失を調整す
ることができる。つまり、電池面内での温度分布を予め
把握しておき、温度の高い所と低い所では別異の空孔サ
イズ、多孔率を有する多孔質金属を設置すると、電池内
ではそれに応じた偏流がおこり電池内温度をほぼ均一に
保持することができる。
本発明の例を図面により説明する。第１図は内部マニホ
ールド直交流型のセパレータ１の構造を示し、電極とセ
パレータとの間に燃料酸化剤ガス用流路が形成される燃
料電池においてはセパレータ１が電極を介し多数積層さ
れている。
ールド直交流型のセパレータ１の構造を示し、電極とセ
パレータとの間に燃料酸化剤ガス用流路が形成される燃
料電池においてはセパレータ１が電極を介し多数積層さ
れている。
セパレータ１は仕切板２により上下に仕切られ、仕切ら
れた上下側それぞれには、中央に凹状部３を形成させ、
該凹状部３には各箇所において異なるガス流量の流路を
形成さすため、異なる空孔サイズ、多孔率をもつ多孔質
金属１ａを設置しである。尚、空孔サイズとは多孔質金
属１ａの孔の大きさを意味し、空孔率と単位体積に含ま
れる空孔の割合を意味する。即ち単位長さの多孔質金属
１ａの空孔サイズはそれに含まれる空孔数に逆に比例す
ることになる。
れた上下側それぞれには、中央に凹状部３を形成させ、
該凹状部３には各箇所において異なるガス流量の流路を
形成さすため、異なる空孔サイズ、多孔率をもつ多孔質
金属１ａを設置しである。尚、空孔サイズとは多孔質金
属１ａの孔の大きさを意味し、空孔率と単位体積に含ま
れる空孔の割合を意味する。即ち単位長さの多孔質金属
１ａの空孔サイズはそれに含まれる空孔数に逆に比例す
ることになる。
前記凹状部３の周辺部には１側にアノード側マニホール
ド１ｂを設け、他側にカソード側マニホールド１ｃを設
けである。このため酸化剤ガス例えば空気はカソード側
マニホールド１ｃより図面のガス流路を矢示４方向に流
れ、燃料ガスはアノード側マニホールド１ｂを通り、セ
パレータ１の裏側にカソード側と同様に設置した多孔質
金属１ａの流路を矢示５方向に流れる。このとき第２図
（イ）に示すように多孔質金属１ａの空孔サイズを設置
場所により変化させ第２図（ロ）に示す空孔サイズ曲線
６のように設置すると、それに対応してガスの流れも圧
力損失分布曲線７で示すように空孔サイズの小さい個所
では圧力損失が大となるので流量は相対的に減少し、反
対に空孔サイズの大きい個所では圧力損失が少ない分だ
けガス流量は多くなる。
ド１ｂを設け、他側にカソード側マニホールド１ｃを設
けである。このため酸化剤ガス例えば空気はカソード側
マニホールド１ｃより図面のガス流路を矢示４方向に流
れ、燃料ガスはアノード側マニホールド１ｂを通り、セ
パレータ１の裏側にカソード側と同様に設置した多孔質
金属１ａの流路を矢示５方向に流れる。このとき第２図
（イ）に示すように多孔質金属１ａの空孔サイズを設置
場所により変化させ第２図（ロ）に示す空孔サイズ曲線
６のように設置すると、それに対応してガスの流れも圧
力損失分布曲線７で示すように空孔サイズの小さい個所
では圧力損失が大となるので流量は相対的に減少し、反
対に空孔サイズの大きい個所では圧力損失が少ない分だ
けガス流量は多くなる。
一方運転時のセパレータ内の温度分布について、全面均
一の流路をもつ従来型の直交流型燃料電池を使用し、本
発明者らが行なった実験によると第３図に示すようにセ
パレータ１の各部によって異なる温度分布を示し、高温
となる部分はガス出口側で特にカソードの出口側と、ア
ノードの出口側（図面では省略したがアノード側のガス
は図面左側より右側に流れる。）と交差する部分に高温
となる個所が発生する。
一の流路をもつ従来型の直交流型燃料電池を使用し、本
発明者らが行なった実験によると第３図に示すようにセ
パレータ１の各部によって異なる温度分布を示し、高温
となる部分はガス出口側で特にカソードの出口側と、ア
ノードの出口側（図面では省略したがアノード側のガス
は図面左側より右側に流れる。）と交差する部分に高温
となる個所が発生する。
本発明では第３図に示す温度分布を均一化さすため第２
図（イ）、（ロ）の如く多孔質金属１ａを使用し、ガス
の入口側では空孔サイズを小とし、出口側では大とする
など流路の各部毎に空孔サイズ、多孔率の異なるものを
設置し、好ましい偏流をおこさせるものである。これを
更に説明すると、多孔質金属１ａにおける空孔サイズは
前記したように空孔の数に逆に比例する。又空孔の数の
変化は比面積の変化を意味するので、今、多孔質金属１
ａを便宜上長さ２５ｍ当りの数で分散し、それに対応す
る比面積を求めると第１表の結果が得られ空孔の数が増
加すると比面積は増加する。
図（イ）、（ロ）の如く多孔質金属１ａを使用し、ガス
の入口側では空孔サイズを小とし、出口側では大とする
など流路の各部毎に空孔サイズ、多孔率の異なるものを
設置し、好ましい偏流をおこさせるものである。これを
更に説明すると、多孔質金属１ａにおける空孔サイズは
前記したように空孔の数に逆に比例する。又空孔の数の
変化は比面積の変化を意味するので、今、多孔質金属１
ａを便宜上長さ２５ｍ当りの数で分散し、それに対応す
る比面積を求めると第１表の結果が得られ空孔の数が増
加すると比面積は増加する。
第 １ 表
Ｎａ 空孔の数（ケ／２５ｍｍ） 比表面積（ｍｚ
／ｒｎ’）１ ６以上１１未満 ５００２
１１以上１７未満 １．０００３ １７以上２
６未満 １．７００４ ２６以上３５未満
２．５００５ ３５以上４４未満 ３．７００
６ ４４以上５５未満 ５．６００又、他の条件
が同一なら多孔率と比表面積についても同様である。
／ｒｎ’）１ ６以上１１未満 ５００２
１１以上１７未満 １．０００３ １７以上２
６未満 １．７００４ ２６以上３５未満
２．５００５ ３５以上４４未満 ３．７００
６ ４４以上５５未満 ５．６００又、他の条件
が同一なら多孔率と比表面積についても同様である。
次に第１表Ｎａ １〜Ｎα６の多孔質金属１ａのガス通
気性を実験した結果を第４図に示す。図では横軸に多孔
質金属１ａを通過する流体速度、縦軸にそのときの圧力
損失を示しである。この結果がら空孔の数の大きいもの
即ち空孔サイズの小さいものは圧力損失が少ないのに対
し、空孔の数が小さいものは急激に圧力損失が起こるこ
とが判明する。
気性を実験した結果を第４図に示す。図では横軸に多孔
質金属１ａを通過する流体速度、縦軸にそのときの圧力
損失を示しである。この結果がら空孔の数の大きいもの
即ち空孔サイズの小さいものは圧力損失が少ないのに対
し、空孔の数が小さいものは急激に圧力損失が起こるこ
とが判明する。
従って、多孔質金属１ａの空孔サイズの差を利用するこ
とにより流体速度の調節が可能であって、第３図に示す
ように通常の状態では高温となる部分に空孔サイズの大
なるものを配し、温度が低くなるに従い空孔サイズの小
さいものへと順次変化させるものである。
とにより流体速度の調節が可能であって、第３図に示す
ように通常の状態では高温となる部分に空孔サイズの大
なるものを配し、温度が低くなるに従い空孔サイズの小
さいものへと順次変化させるものである。
上記のようにすると、多孔質金属１ａにより形成せられ
たガス流路を流れるガスは第２図で説明したように空孔
の数の大きい所、すなわち空孔サイズの小なる部分では
圧力損失が大きくなり、当該部分を流れるガス流量は相
対的に減少し、反対に空孔数の小なる所においては圧力
損失が少ない部分だけガス流量が多くなる。従って当該
部分で発生する熱の冷却効率が高くなり、電池内の温度
分布をほぼ均一にすることができる。
たガス流路を流れるガスは第２図で説明したように空孔
の数の大きい所、すなわち空孔サイズの小なる部分では
圧力損失が大きくなり、当該部分を流れるガス流量は相
対的に減少し、反対に空孔数の小なる所においては圧力
損失が少ない部分だけガス流量が多くなる。従って当該
部分で発生する熱の冷却効率が高くなり、電池内の温度
分布をほぼ均一にすることができる。
上記の空孔サイズの差を多孔率の差に代えても可能であ
り、本発明は要するにガス流路を形成する多孔質金属１
ａの空孔サイズ及び多孔率の異なったものを適正に配置
するものである。又ガス流路形成には種類の異なる多孔
質金属を適当な大きさに切断し、配設することによって
も前記目的は充分達成される。
り、本発明は要するにガス流路を形成する多孔質金属１
ａの空孔サイズ及び多孔率の異なったものを適正に配置
するものである。又ガス流路形成には種類の異なる多孔
質金属を適当な大きさに切断し、配設することによって
も前記目的は充分達成される。
本発明ではセパレータのガス流路に多孔質金属を用い空
孔サイズ、多孔率を適正にして設置しであるので、プロ
セスガスに望ましい偏流を起こさせ、電池面内で−様な
温度分布になるようにすることができ、過度の高温にな
るのを防止するので電池の性能の向上、信頼性が増加し
、電池の長寿命化にも役立つ。更にガス流路は従来のよ
うに複雑な加工を必要とせず、大巾なコスト低下が可能
となる外、どのような複雑なガス流路でも形成すること
ができる。
孔サイズ、多孔率を適正にして設置しであるので、プロ
セスガスに望ましい偏流を起こさせ、電池面内で−様な
温度分布になるようにすることができ、過度の高温にな
るのを防止するので電池の性能の向上、信頼性が増加し
、電池の長寿命化にも役立つ。更にガス流路は従来のよ
うに複雑な加工を必要とせず、大巾なコスト低下が可能
となる外、どのような複雑なガス流路でも形成すること
ができる。
第１図は本発明の一実施例のセパレータ斜視図である。
第２図（イ）は第１図のＡ−Ａ断面図であり、第２図（
ロ）は多孔質金属の空孔サイズとガス流体の圧力損失と
の関係を示す図である。第３図は従来技術でのセパレー
タ面内温度分布実施例である。第４図は多孔質金属の空
孔と圧力損失との関係を表した一例である。 １・・・セパレータ、１ａ・・・多孔質金属、１ｂ・・
・アノード側マニホールド、１ｃ・・・カソード側マニ
ホールド、２・・・仕切板、３・・・凹状部、４・・・
燃料ガス流れ方向、５・・・酸化剤ガス流れ方向、６・
・・空孔サイ第１（２］ ＄Ｚ ６Ｅ３（イノ 茶Ｚ Ｇり（ａ〕 ｆ アノード、入、ロマ二本−ノしドカ゛らの
θ≧礒第３の 第４０ 糸佑鎚−１５ｅＣジ
ロ）は多孔質金属の空孔サイズとガス流体の圧力損失と
の関係を示す図である。第３図は従来技術でのセパレー
タ面内温度分布実施例である。第４図は多孔質金属の空
孔と圧力損失との関係を表した一例である。 １・・・セパレータ、１ａ・・・多孔質金属、１ｂ・・
・アノード側マニホールド、１ｃ・・・カソード側マニ
ホールド、２・・・仕切板、３・・・凹状部、４・・・
燃料ガス流れ方向、５・・・酸化剤ガス流れ方向、６・
・・空孔サイ第１（２］ ＄Ｚ ６Ｅ３（イノ 茶Ｚ Ｇり（ａ〕 ｆ アノード、入、ロマ二本−ノしドカ゛らの
θ≧礒第３の 第４０ 糸佑鎚−１５ｅＣジ
Claims (1)
- １、電極とセパレータとの間に燃料及び酸化剤ガス用の
流路を形成した燃料電池において、ガス流路構成部材に
多孔質金属を使用し、該多孔質金属の空孔サイズ、多孔
率をガス流路の温度分布に応じ各部毎に異にしたことを
特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63082939A JPH01258365A (ja) | 1988-04-06 | 1988-04-06 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63082939A JPH01258365A (ja) | 1988-04-06 | 1988-04-06 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01258365A true JPH01258365A (ja) | 1989-10-16 |
Family
ID=13788194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63082939A Pending JPH01258365A (ja) | 1988-04-06 | 1988-04-06 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01258365A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0440968A1 (de) * | 1990-02-08 | 1991-08-14 | Asea Brown Boveri Ag | Vorrichtung zur Erzielung einer möglichst gleichmässigen Temperaturverteilung auf der Oberfläche einer plattenförmigen keramischen Hochtemperatur-Brennstoffzelle |
| JPH07249419A (ja) * | 1994-03-08 | 1995-09-26 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
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