JPH0143818Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、積層形燃料電池に関するものであ
り、もう少し詳しくいうと、ガス分離板、燃料電
極、電解質マトリクスおよび酸化剤電極を順次複
数個積層した積層体の側部に燃料および酸化剤の
マニホールドを装着してなる積層形燃料電池に関
するものである。

従来、この種の積層形燃料電池として第１図、
第２図に示すものがあつた。第１図において、
上・下面それぞれに互いに直交する方向に直線状
で矩形断面の複数の燃料流路１ａと酸化剤流路１
ｂを有するガス分離板１の間に、燃料電極、電解
質マトリクス、酸化剤電極から構成される単電池
２を配置する。単電池２の周囲には窓枠状のガス
ケツト３が装着されている。かかるガス分離板１
と単電池２とを交互に、すべての燃料流路１ａお
よび酸化剤流路１ｂの方向をそれぞれ一致させ
て、該当するガス分離板１の流路面と単電池２の
電極面とを密着させて複数個積層し、電池本体を
形成する。このとき、ガスケツト３をガス分離板
１と単電池２との間に挿入して、燃料および酸化
剤が該当外の流路に漏れることを防止する。この
ようにして組立てた電池本体には、第２図に示す
ように、電池本体４の周囲４側面に、燃料流路１
ａと酸化剤流路１ｂのそれぞれに燃料ａと酸化剤
ｂを供給するために、該当する流路の総てを覆う
箱体形状の燃料および酸化剤供給用の流路となる
燃料マニホールド５ａおよび酸化剤マニホールド
５ｂが装着される。

以上の構成により、燃料マニホールド５ａおよ
び酸化剤マニホールド５ｂに燃料および酸化剤が
それぞれ供給されると、多数本が並列的に配置さ
れた燃料流路１ａおよび酸化剤流路１ｂに流入し
た燃料および酸化剤は、それぞれ燃料電極および
酸化剤電極の中を拡散した後、単電池２において
電気化学的反応に寄与して直流電力の発生と反応
による水分生成を起こす。このとき発生した直流
電力は、単電池２が積層方向にガス分離板１を介
して直列接続されているので、電池本体４の最上
段と最下段のガス分離板より外部の電気回路へ導
かれる。なお、反応に寄与しなかつた未反応の燃
料ａおよび酸化剤ｂは、それぞれ燃料流路１ａと
酸化剤流路１ｂを経由して出口側の燃料マニホー
ルド５ａと酸化剤マニホールド５ｂからそれぞれ
外部へ流出する。ここで、積層数が増加するにつ
れて、燃料ａと酸化剤ｂの流量分布の均一化、積
層形燃料電池の構造の簡略化、面内温度分布の平
坦化等のために、マニホールドの構造もしくは燃
料、酸化剤の流路の形状を工夫することがますま
す重要となつてきた。

しかし、従来の積層形燃料電池は以上のように
構成されていたので、積層された燃料電池の周囲
側面全体にマニホールドを装着しなければなら
ず、マニホールドの形状・気密構造の精度を上げ
ることが必要で、また、電池の流路面内の流量分
布および温度分布が不均一になるなどの欠点があ
つた。

この考案は、上記のような従来のものの欠点を
除去するためになされたもので、燃料および酸化
剤の流路形状を変更することにより、積層された
電池本体の対向する２側面のみにマニホールドを
装着すれば足りるようにし、簡略化した構造の積
層形燃料電池を提供することを目的とするもので
ある。

以下、この考案の一実施例を図面について説明
する。第３図Ａ，Ｂは、上・下面それぞれに互い
に反対する方向に流入・流出する燃料流路６と酸
化剤流路７を形成したガス分離板８を示す。流路
形状のより詳細な説明をすると、第３図Ａに示し
た燃料流路６は、燃料がガス分離板８の１辺の両
側部分に配設された複数個の２群の流入口６ａか
ら流入し、左折と右折を一回して、反対辺の中央
部分に配設された複数個の１群の流出口６ｂから
流出するようなＹ形状の左右対称の流路形状にな
つている。燃料流路６の断面形状はほぼ矩形であ
り、その断面寸法は、各々の独立した流路全長で
の圧力損失がそれぞれほぼ同一になるように決定
する。また、第３図Ｂに示したように、酸化剤流
路７は、ガス分離板８の燃料流路６のある１辺と
は反対辺に、燃料流路６の流入口６ａ、流出口６
ｂのある辺とそれぞれ対向する辺の両側部分に２
群の流入口７ａ、中央部分に１群の流出口７ｂを
それぞれ設けて、燃料流路６と同一パターンで互
いに逆向きの流路配置になつている。

電池本体の構成は従来のものと同様であり、ま
ず、ガス分離板８と、燃料電極、電解質マトリク
ス、酸化剤電極から構成される単電池とを交互
に、すべての燃料流路６と酸化剤流路７の方向を
それぞれ一致させ、ガス分離板８の流路面と単電
池２の電極面とを密着させて、複数個積層して電
池本体を組立てる。次に、第４図に示すように、
このようにして組立てた電池本体９の対向する２
つの側面９ａ，９ｂに、燃料流路６と酸化剤流路
７のそれぞれに燃料ａと酸化剤ｂを供給するため
に、側面９ａ，９ｂの流路それぞれのすべてを覆
う箱体形状の燃料および酸化剤供給用の第１のマ
ニホールド１０ａおよび第２のマニホールド１０
ｂをそれぞれ装着する。この場合、第１のマニホ
ールド１０ａおよび第２のマニホールド１０ｂ
は、多数個が並列的に配置されている流路の流入
口および流出口を仕切体１１でそれぞれ区分した
構造になつており、燃料および酸化剤はそれぞれ
両側部分から該当する流路に流入しそれぞれ対向
する側面の中央部分から流出するような供給系統
を構成している。１２はガスケツトを示す。

また、流入口６ａと流出口６ｂを配置する部分
のそれぞれの占有面積の割合をほぼ２対１とす
る。流入口７ａと流出口７ｂについても同様であ
る。

次に、作用、効果について説明する。燃料およ
び酸化剤はそれぞれの流路から該当する電極にそ
れぞれ供給されて電気化学的反応に寄与し、反応
に寄与しなかつた未反応の燃料および酸化剤はそ
れぞれの流出口から流出する。このとき、流入し
た燃料ａおよび酸化剤ｂは、電池本体９の各電極
面内を互いにほぼ対向流となつて通過し、流出口
近辺の流路の全断面積は、流入口近辺のほぼ1/2
にまで順次減少する。また、第１、第２のマニホ
ールド１０ａ，１０ｂが装着されていない電池本
体９の２側面には、冷却配管、電解液補給系統、
測定器等の設置ができ、装置の小形化に役立つ。
他方、ガス分離板８の一面には、流入口から流出
口に達する２群の流路が対称的に形成されている
ので、その１群の流路に対応する寸法の電極を２
つ合わせて、１平面の電極を形成すれば、電極を
大形化しないでも実質的に２倍の大形化が可能で
ある。

なお、上記実施例ではガス分離板８に燃料流路
６および酸化剤流路７を設けたものを示したが、
リブ付電極と呼ばれている電極面に同様のパター
ンの燃料流路および酸化剤流路を設けてもよい。
さらに、上記実施例では燃料流路６および酸化剤
流路７に流路を連通する共通流路のないものを示
したが、共通流路を設けて、流路それぞれの流量
分布をさらに均一にする構成としてもよい。ま
た、流出口を中央部分に流入口をその両側に設け
る代りに、流入口を中央部に流出口をその両側に
設けてもよい。

以上のようにこの考案は、燃料流路の流入口お
よび酸化剤流路の流出口を積層体の１側面に配置
し、これと対向する側面に酸化剤流路の流入口お
よび燃料流路の流出口を配置し、燃料流路の流入
口から発して燃料流路の流出口に達するＹ形状の
燃料流路を形成し、かつ、酸化剤流路の流入口か
ら発して酸化剤流路の流出口に達するＹ形状の酸
化剤流路を形成したので、積層体の対向する２側
面のみでマニホールドを配置すればよく、全体と
して構成が簡単、小形になる。また、流出口は電
池本体側面の中央部分に、流入口は流入口の両側
に配置したので、流入口から発して流出口に達す
る対向流のＹ形状流路により、電池の流路面内の
温度分布が平坦化し、かつ、電気化学反応も均一
化して、全体として性能の高い電池が得られる効
果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の要部斜視図、第２図は従来
装置の平断面図、第３図Ａ，Ｂはこの考案の一実
施例の流路形状を示す平面図、第４図はこの考案
の一実施例の断面図である。 ２……単電池、６……燃料流路、７……酸化剤
流路、８……ガス分離板、９……電池本体、１０
ａ，１０ｂ……第１、第２のマニホールド、１１
……仕切体、１２……ガスケツト。なお、各図
中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) ガス分離板と、燃料電極、電解質マトリク
   ス、酸化剤電極でなる単電池とを順次複数個積
   層して形成した電池本体と、前記燃料電極およ
   び前記酸化剤電極それぞれの背面に配設された
   燃料流路および酸化剤流路と、前記電池本体の
   側部に装着され前記燃料流路および前記酸化剤
   流路にそれぞれ燃料および酸化剤を供給するた
   めのマニホールドを有する積層形燃料電池にお
   いて、前記電池本体の第１の側面の両側部分か
   ら前記第１の側面に対向する第２の側面の中央
   部分にわたつてほぼＹ形状に配設された前記燃
   料流路と、前記第１の側面の中央部分から前記
   第２の側面の両側部分にわたつてほぼＹ形状に
   配設された前記酸化剤流路を備えてなることを
   特徴とする積層形燃料電池。 (2) 燃料流路および酸化剤流路それぞれの両側部
   分および中央部分が、それぞれ流入口および流
   出口である実用新案登録請求の範囲第１項記載
   の積層形燃料電池。 (3) 燃料流路および酸化剤流路それぞれの中央部
   分および両側部分が、それぞれ流入口および流
   出口である実用新案登録請求の範囲第１項記載
   の積層形燃料電池。 (4) 燃料流路および酸化剤流路がそれぞれ上、下
   面に形成されたガス分離板を備えた実用新案登
   録請求の範囲第１項記載の積層形燃料電池。 (5) 燃料流路および酸化剤流路がそれぞれ形成さ
   れた燃料電極および酸化剤電極を備えた実用新
   案登録請求の範囲第１項記載の積層形燃料電
   池。 (6) 流入口および流出口を配置する部分の占有面
   積の割合をほぼ２対１とした実用新案登録請求
   の範囲第２項または第３項記載の積層形燃料電
   池。 (7) 電池本体の第１、第２の側面にそれぞれ装着
   され両側部分と中央部分を区分する仕切体が形
   成された１対のマニホールドを備えた実用新案
   登録請求の範囲第１項記載の積層形燃料電池。 (8) 燃料流路と酸化剤流路を連通する共通流路を
   備えた実用新案登録請求の範囲第１項記載の積
   層形燃料電池。