JPH04179060A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

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Publication number
JPH04179060A
JPH04179060A JP2305957A JP30595790A JPH04179060A JP H04179060 A JPH04179060 A JP H04179060A JP 2305957 A JP2305957 A JP 2305957A JP 30595790 A JP30595790 A JP 30595790A JP H04179060 A JPH04179060 A JP H04179060A
Authority
JP
Japan
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phosphoric acid
fuel cell
catalyst layer
electrolyte
temp
Prior art date
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Pending
Application number
JP2305957A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuyoshi Nakajima
一嘉 中島
Tsutomu Aoki
努 青木
Tadahiko Taniguchi
忠彦 谷口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH04179060A publication Critical patent/JPH04179060A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PURPOSE:Toi provide a fuel cell capable of long time service by forming a low temp. region at the reaction gas outgoing side end of a porous electrode with a catalyst layer or cooling plate interposed, using phosphoric acid as electrolyte, and reducing its being brought to outside cell. CONSTITUTION:The evaporation amount of phosphoric acid as electrolyte increases with rise oif the temperature. When phosphoric acid vapor evaporated once in the gaseous phase is led to an atmosphere at a temp erature lower than at the time of evaporation, a phosphoric acid vapor partial pressure in the gaseous phase due to this temp. is obtained, and the phosphoric acid vapor is brought to outside the unitary cell from the reaction gas outgoing side. If therefore a low temp. region is formed at the reaction gas outgoing side end of a porous electrode, the phosphoric acid vapor corresponding to the temp erature difference from the high temp. region can be condensed and collected in this low temp erature region. Thereby bringing-out of the phosphoric acid as electrolyte to outside fuel cell is reduced, and a fuel cell capable of long time service is accomplished.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、燃料電池に係り、特にリン酸型燃料電池のリ
ン酸がセル外へ持ち出される量を低減するようにした構
成に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a fuel cell, and in particular to a method for reducing the amount of phosphoric acid taken out of the cell in a phosphoric acid fuel cell. It's about configuration.

(従来の技術) 周知のように、燃料が保有しているエネルギーを直接電
気エネルギーに変換する装置として燃料電池がある。こ
の燃料電池は、通常電解質を保持するマトリックス層を
挟んで表面に触媒層を担持した一対の多孔質電極を配設
し、一方の電極の背面に水素ガス等の燃料ガスを流通し
て接触させると共に、他方の電極の背面に空気等の酸化
剤ガスを流通して接触させ、このときに発生する電気化
学反応を利用して、上記一対の電極間から電気エネルギ
ーを取出すようにしたものである。
(Prior Art) As is well known, a fuel cell is a device that directly converts energy contained in fuel into electrical energy. This fuel cell usually has a pair of porous electrodes with a catalyst layer supported on the surface sandwiching a matrix layer that holds an electrolyte, and a fuel gas such as hydrogen gas is brought into contact with the back surface of one electrode. At the same time, an oxidizing gas such as air is brought into contact with the back surface of the other electrode, and the electrochemical reaction that occurs at this time is used to extract electrical energy from between the pair of electrodes. .

第11図は、この種の燃料電池の構成を示す部分断面図
であり、1は積層セルで、電解液であるリン酸を保持し
たマトリックス層と、このマトリックス層に接する一側
の面に触媒層を成層担持し、他側の面に燃料ガスまたは
酸化剤ガスの供給路(凹溝)を設け、カーボン系材料で
ガス拡散を可能とした一対の多孔質電極を配して成る単
位セルが複数個積層して構成されており、起動時には室
温から動作温度まで加熱すると共に、運転時には余剰熱
を除去するための冷却板2が積層セル1ごとに挿入・設
置している。また、複数の積層セル1を上下に積層して
なる積層セル群の上下を集電板3,3で挟み、その上下
にそれぞれ配置された締付金具4.4を介して積層方向
に締付けている。
FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing the structure of this type of fuel cell. 1 is a stacked cell, with a matrix layer holding phosphoric acid as an electrolyte, and a catalyst on one side in contact with the matrix layer. A unit cell is made up of a stack of layers, a fuel gas or oxidizing gas supply channel (concave groove) on the other side, and a pair of porous electrodes made of carbon material that enable gas diffusion. It is constructed by laminating a plurality of cells, and a cooling plate 2 is inserted and installed in each laminated cell 1 to heat it from room temperature to operating temperature during startup and to remove excess heat during operation. In addition, the upper and lower sides of a stacked cell group formed by stacking a plurality of stacked cells 1 vertically are sandwiched between current collector plates 3, 3, and are tightened in the stacking direction via clamping fittings 4.4 disposed above and below, respectively. There is.

さらに、単位セルごとに一括して酸化剤ガスおよび燃料
ガスを供給および排気するため、積層セル群の側面にマ
ニホールド5を配設している。このマニホールド5は、
集電板3に密着させたフッ素膨脂系のシール材6と、こ
の外側に配置されるフッ素ゴム系の成形バッキング7を
介して固定されている。
Further, a manifold 5 is disposed on the side surface of the stacked cell group in order to collectively supply and exhaust the oxidant gas and fuel gas for each unit cell. This manifold 5 is
It is fixed via a fluorine-swelled sealing material 6 that is in close contact with the current collector plate 3 and a molded fluororubber backing 7 that is placed outside of the sealing material 6 .

上記した単位セルは、酸化剤ガスおよび燃料ガスを一方
の側面から他方の側面へと流通させるが、他方の側面か
ら折返して再び一方の側面に戻すように二方向に流通さ
せるようにしたものもある。
The unit cell described above allows the oxidant gas and fuel gas to flow from one side to the other, but there is also a unit cell that allows the oxidant gas and fuel gas to flow in two directions, turning from the other side and returning to one side. be.

第12図は、この例を示す斜視図である。FIG. 12 is a perspective view showing this example.

同図において、8は電解質であるリン酸を保持するマト
リックス層で、9はアノード電極、10はカソード電極
である。ここで、アノード電極9は、カーボン系材料で
ガス透過性を有する多孔質板状に形成され、−側の面に
燃料ガスの供給路となる複数の凹溝を設けたアノード電
極基板11と、このアノード電極基板IIの他側の面に
成層担持されたアノード側触媒層12で構成されている
。また、カソード電極10は、同様にカーボン系材料で
ガス透過性を有する多孔質板状に形成され、−側の面に
酸化剤ガスの供給路となる複数の凹溝を設けたカソード
電極基板13と、このカソード電極基板13の他側の面
に成層担持されたカソード側触媒層14で構成されてい
る。なお、符号15は、セパレータを示す。
In the figure, 8 is a matrix layer holding phosphoric acid as an electrolyte, 9 is an anode electrode, and 10 is a cathode electrode. Here, the anode electrode 9 is formed of a carbon-based material into a porous plate shape having gas permeability, and includes an anode electrode substrate 11 provided with a plurality of grooves serving as fuel gas supply paths on the negative side surface; It is composed of an anode side catalyst layer 12 supported in layers on the other side of this anode electrode substrate II. Further, the cathode electrode 10 is similarly formed in the shape of a porous plate having gas permeability using a carbon-based material, and a cathode electrode substrate 13 is provided with a plurality of grooves that serve as supply paths for the oxidant gas on the negative side surface. and a cathode-side catalyst layer 14 supported on the other surface of the cathode electrode substrate 13 in a layered manner. In addition, the code|symbol 15 shows a separator.

ところで、以上のような燃料電池は、通常21)0℃前
後の高温で運転される。このとき、マトリックス層に保
持されている電解液であるリン酸(P2O3゜)は、蒸
発、飛散により燃料ガスや酸化剤ガスと共に単位セル外
に持ち出され、時間の経過と共にその保持料が徐々に減
少していく。
By the way, the above-described fuel cell is normally operated at a high temperature of around 21) 0°C. At this time, phosphoric acid (P2O3°), which is an electrolytic solution held in the matrix layer, is carried out of the unit cell together with fuel gas and oxidizing gas by evaporation and scattering, and as time passes, the retention material gradually disappears. It will continue to decrease.

(発明が解決しようとする課題) そこで、マトリックス層内の電解液を保持するため、従
来より種々の対策が施されており、その一対策として、
電解液自己保持型の燃料電池に対して、その多孔質電極
基板を親水処理し、電解液を含浸させて蓄えておき、マ
トリックス層内の電解液保持量の減少に応じて、多孔質
電極基板から電解液を補給して電池寿命の延長を図るよ
うにしたものが知られている。しかしながら、この種の
電解液自己保持型では、燃料電池内の電解液貯留量に限
界があり、かつ外部からの電解液補給手段を備えていな
いので、電池素子が健全であっても電解液が消失すると
運転が継続できなくなり、運転時間の延長化にも自ら限
界がある。
(Problem to be Solved by the Invention) Therefore, various measures have been taken to retain the electrolyte in the matrix layer.
For electrolyte self-retaining fuel cells, the porous electrode substrate is hydrophilized, impregnated with electrolyte and stored, and the porous electrode substrate It is known that the battery life is extended by replenishing the electrolyte from the battery. However, in this type of electrolyte self-retaining type, there is a limit to the amount of electrolyte stored in the fuel cell, and there is no means for replenishing the electrolyte from the outside, so even if the battery element is healthy, the electrolyte will not be present. If it disappears, operation cannot continue, and there is a limit to how long the operation time can be extended.

一方、他の対策として、運転の途中で電解液を外部から
補給して電池の運転時間の延長化を図るようにしたもの
も知られている(特開昭61−74265号参照)。し
かしながら、この種の電解液補給型では、電解液を補給
する時期を把握することが困難であり、また構造的にも
複雑になり、製造過程が大幅に増加する難点がある。
On the other hand, as another measure, a method is known in which an electrolytic solution is externally replenished during operation to extend the operating time of the battery (see Japanese Patent Application Laid-open No. 74265/1983). However, with this type of electrolyte replenishment type, it is difficult to know when to replenish the electrolyte, the structure is complicated, and the manufacturing process is significantly increased.

そこで、本発明の目的は、構成を簡単としながら、電解
液であるリン酸の燃料電池外への持ち出しを低減させ、
長時間の運転を可能とし、信頼性を向上した燃料電池を
提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to reduce the amount of phosphoric acid, which is an electrolytic solution, being taken out of the fuel cell while simplifying the configuration.
The purpose of the present invention is to provide a fuel cell that enables long-time operation and has improved reliability.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、電解液を保持するマトリックス層と、このマ
トリックス層に接する面に触媒層が成層担持され、かつ
これと反対の面に反応ガスの供給路となる複数の凹溝を
設けた一対の多孔質電極で単位セルを構成し、この単位
セルを複数個積層し冷却板を介挿して成る燃料電池にお
いて、多孔質電極の反応ガス出口側端部に、触媒層また
は冷却板を介して低温域を形成するようにしたものであ
る。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention comprises a matrix layer holding an electrolytic solution, a catalyst layer supported in layers on the surface in contact with the matrix layer, and a reactive gas supported on the opposite surface. In a fuel cell in which a unit cell is composed of a pair of porous electrodes provided with a plurality of concave grooves that serve as supply channels for gas, and a plurality of these unit cells are stacked and a cooling plate is inserted, the reaction gas outlet of the porous electrode A low temperature region is formed at the side end via a catalyst layer or a cooling plate.

(作 用) 電解液となるリン酸の蒸発量は温度の上昇に伴って増大
する。気相中に一度蒸発したリン酸蒸気を蒸発時より低
温雰囲気に導くと、その温度による気相による気相中の
リン酸蒸気分圧になる。また、リン酸蒸気は、反応ガス
の出口側から単位セル外へ持ち出される。したがって、
多孔質電極の反応ガス出口側端部に低温域を形成すると
、この低温域で高温域との温度差に相当するリン酸蒸気
を凝縮・回収し、単位セル外への持ち出しを低減するこ
とができる。
(Function) The amount of evaporation of phosphoric acid, which becomes the electrolyte, increases as the temperature rises. When the phosphoric acid vapor that has evaporated once in the gas phase is introduced into an atmosphere at a lower temperature than that at the time of evaporation, the partial pressure of the phosphoric acid vapor in the gas phase becomes due to the temperature. Furthermore, phosphoric acid vapor is carried out of the unit cell from the outlet side of the reaction gas. therefore,
When a low-temperature region is formed at the end of the porous electrode on the reaction gas outlet side, phosphoric acid vapor corresponding to the temperature difference from the high-temperature region can be condensed and recovered in this low-temperature region, reducing the amount of phosphoric acid vapor carried out of the unit cell. can.

(実施例) 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第
1図は、本発明の一実施例の要部を示す正面図であり、
第2図は、第1図のA−A線断面図である。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view showing essential parts of an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a sectional view taken along line A--A in FIG. 1.

第1図および第2図において、冷却板20は、例えば銅
材のような熱導電性の良好な材料から形成された冷却板
本体2jと、この冷却板本体21に埋設され、複数のU
状部を配列し接続した状態に形成した冷却パイプ22と
、この冷却パイプ22とは独立し、且つ平行するように
配列されて冷却板本体21に埋設され、U状に形成され
た冷却パイプ23で構成されている。
In FIGS. 1 and 2, the cooling plate 20 includes a cooling plate body 2j made of a material with good thermal conductivity, such as copper material, and a cooling plate body 21 embedded in the cooling plate body 21, which includes a plurality of U
A cooling pipe 22 formed in a state in which shaped parts are arranged and connected, and a cooling pipe 23 formed in a U shape, which is embedded in the cooling plate main body 21 and is arranged independently and parallel to the cooling pipe 22. It consists of

この冷却板20は、複数個の単位セルを積層した積層セ
ル1ごとに挿入・設置するが、冷却パイプ23の埋設し
ている側を反応ガスの出口側となるように配置する。
The cooling plate 20 is inserted and installed in each stacked cell 1 in which a plurality of unit cells are stacked, and the cooling plate 20 is arranged so that the side where the cooling pipe 23 is buried is the outlet side of the reaction gas.

また、冷却パイプ22と23には、冷却水系から独立し
て冷却水が供給される。
Further, cooling water is supplied to the cooling pipes 22 and 23 independently from the cooling water system.

次に、以上のように構成された実施例の作用を説明する
。気相へ蒸発するリン酸量は、第3図に示すように温度
に依存し、蒸発量は温度が高くなるにつれて増加する。
Next, the operation of the embodiment configured as above will be explained. The amount of phosphoric acid that evaporates into the gas phase depends on the temperature, as shown in FIG. 3, and the amount of evaporation increases as the temperature increases.

気相のリン酸蒸気分圧と液相の間には気相平衡関係が成
立し、気相中に1度蒸発したリン酸を蒸発時より低温雰
囲気におくと、その温度による気相中のリン酸蒸気分圧
になる。
A gas phase equilibrium relationship is established between the partial pressure of phosphoric acid vapor in the gas phase and the liquid phase, and if phosphoric acid that has been evaporated once in the gas phase is placed in an atmosphere with a lower temperature than that at the time of evaporation, the temperature in the gas phase will change due to the temperature. The partial pressure of phosphoric acid vapor becomes.

すなわち、高い温度で蒸発したリン酸蒸気を低い温度に
さらすと、その温度差に相当するリン#蒸気が再び液相
中へ凝縮・回収される。
That is, when phosphoric acid vapor evaporated at a high temperature is exposed to a low temperature, phosphorus vapor corresponding to the temperature difference is condensed and recovered into the liquid phase again.

一方、冷却板20では、冷却パイプ22が冷却パイプ2
3より長いので、冷却水を冷却パイプ22および23に
独立して供給すると、冷却パイプ22を埋設している部
分の放熱作用が他の部分より良好となる。
On the other hand, in the cooling plate 20, the cooling pipe 22
3. Therefore, if cooling water is supplied independently to the cooling pipes 22 and 23, the heat dissipation effect of the part where the cooling pipe 22 is buried will be better than that of the other parts.

これにより、電極板の平面方向における温度分布は、第
4図に示すように反応ガスの出口側が他の部分より低く
なる。したがって、電極板上の比較的高い温度域で蒸発
したリン酸が、電極板上の低い温度域にさらされると、
その温度差に相当するリン酸蒸発量を電極板の低い温度
域において再び液相中へ凝縮・回収することができ、セ
ル外へ持ち出されるリン酸量を低減することができる。
As a result, the temperature distribution in the planar direction of the electrode plate is lower on the reaction gas outlet side than on other parts, as shown in FIG. Therefore, when phosphoric acid evaporated in a relatively high temperature range on the electrode plate is exposed to a low temperature range on the electrode plate,
The amount of evaporated phosphoric acid corresponding to the temperature difference can be condensed and recovered into the liquid phase again in the low temperature range of the electrode plate, and the amount of phosphoric acid taken out of the cell can be reduced.

なお、本発明は、上記した実施例(以下、第1の実施例
という)に限定されるものではなく、種々変更実施でき
る。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment (hereinafter referred to as the first embodiment), and various modifications can be made.

第5図は、本発明の他の実施例(以下、第2の実施例と
いう)の要部を示す正面図であり、第6図は、第5図の
A−A線断面図である。
FIG. 5 is a front view showing essential parts of another embodiment of the present invention (hereinafter referred to as the second embodiment), and FIG. 6 is a sectional view taken along the line A--A in FIG. 5.

第5図および第6図において、冷却板25は、冷却板本
体21と、この冷却板本体21に埋設され、複数のU状
部を配列して接続した状態に形成された冷却パイプ26
で構成されている。ここで、冷却パイプ26は、直径の
異なる2つの部分を有し、直径の小さい部分を小径部2
6a、直径の大きい部分を大径部26とする。
In FIGS. 5 and 6, the cooling plate 25 includes a cooling plate main body 21 and a cooling pipe 26 embedded in the cooling plate main body 21 and formed in a state in which a plurality of U-shaped portions are arranged and connected.
It consists of Here, the cooling pipe 26 has two parts with different diameters, and the small diameter part is the small diameter part 2.
6a, the large diameter portion is defined as the large diameter portion 26.

この冷却板25も、第1の実施例と同様に積層セル1ご
とに挿入・設置するが、冷却パイプ26の大径部26b
が埋設されている側を反応ガスの出口側となるように設
置する。
This cooling plate 25 is also inserted and installed in each laminated cell 1 as in the first embodiment, but the large diameter portion 26b of the cooling pipe 26
Install it so that the side where it is buried is the outlet side of the reaction gas.

この冷却板25では、小径部26aより大径部26bの
表面積が大きいから、冷却パイプ26に冷却水を供給す
ると、大径部26bを埋設している部分の方が小径部2
6aを埋設している部分より放熱作用が良好となる。こ
れにより、電極板の平面方向における温度分布も第4図
に示すようになり、第1の実施例と同様の効果を得るこ
とができる。
In this cooling plate 25, since the surface area of the large diameter part 26b is larger than that of the small diameter part 26a, when cooling water is supplied to the cooling pipe 26, the part where the large diameter part 26b is buried is larger than the small diameter part 26a.
The heat dissipation effect is better than that in the part where 6a is buried. As a result, the temperature distribution in the planar direction of the electrode plate also becomes as shown in FIG. 4, and the same effects as in the first embodiment can be obtained.

第7図は、本発明のさらに異なる他の実施例(以下、第
3の実施例という)の要部を示す斜視図である。なお、
この第3の実施例は、燃料ガスおよび酸化剤ガスがそれ
ぞれ単位セルを二方向に流通するように構成された燃料
電池に摘要するものであり、二方向の流れの境界部はシ
ール材により区画されるようになっている 同図において、8はマトリックス層、3oはアノード電
極、31はカソード電極である。ここで、アノード電極
30は、アノード電極基板11と、このアノード電極基
板11の他側の面に成層担持されたアノード側触媒層3
2で構成されている。また、カソ−ド電極31は、カソ
ード電極基板13と、このカソード電極基板I3の他側
の面に成層担持されたカソード側触媒層33で構成され
ている。
FIG. 7 is a perspective view showing a main part of yet another embodiment (hereinafter referred to as the third embodiment) of the present invention. In addition,
This third embodiment focuses on a fuel cell configured such that fuel gas and oxidizing gas flow through a unit cell in two directions, and the boundary between the two directions of flow is separated by a sealing material. In the figure, 8 is a matrix layer, 3o is an anode electrode, and 31 is a cathode electrode. Here, the anode electrode 30 includes an anode electrode substrate 11 and an anode side catalyst layer 3 supported on the other side of the anode electrode substrate 11 in a layered manner.
It consists of 2. Further, the cathode electrode 31 is composed of a cathode electrode substrate 13 and a cathode side catalyst layer 33 supported in layers on the other surface of the cathode electrode substrate I3.

しかして、アノード側触媒層32は、アノード側触媒層
基板34と、酸化剤ガスの出口側に対応するアノード側
触媒層基板34の角部に形成され、酸化剤ガスの流れと
直交する方向を長くしている矩形状の非反応部35で構
成されている。また、カソード側触媒層33は、カソー
ド側触媒層基板36と、酸化剤ガスの出口側に対応する
カソード側触媒層基板36の角部に形成され、酸化剤ガ
スの流れと直交する方向を長くしている矩形状の非反応
部37で構成されている。ここで、非反応部35.37
は、マトリックス層8と同一組成で、平面における位置
は同一となり、触媒は担持されていない。
Therefore, the anode side catalyst layer 32 is formed at the corner of the anode side catalyst layer substrate 34 and the anode side catalyst layer substrate 34 corresponding to the outlet side of the oxidizing gas, and extends in a direction perpendicular to the flow of the oxidizing gas. It consists of a long rectangular non-reactive part 35. Further, the cathode side catalyst layer 33 is formed at the corner of the cathode side catalyst layer substrate 36 and the cathode side catalyst layer substrate 36 corresponding to the outlet side of the oxidizing gas, and is elongated in the direction orthogonal to the flow of the oxidizing gas. It is composed of a rectangular non-reactive part 37. Here, the non-reactive part 35.37
has the same composition as the matrix layer 8, the same position in the plane, and no catalyst is supported.

次に、第3の実施例の作用を説明する。リン酸の蒸発量
はその部分のリン酸の蒸気圧に比例する。
Next, the operation of the third embodiment will be explained. The amount of evaporation of phosphoric acid is proportional to the vapor pressure of phosphoric acid in that part.

また、リン酸の物理的性質は、第8図に示すようにリン
酸の濃度が一定の場合、温度の上昇と共にリン酸の蒸気
圧が上昇する。したがって、アノード側触媒層32およ
びカソード側触媒層33の酸化剤ガスの出口側にそれぞ
れ非反応N35.37を形成することにより、この非反
応部35.37においては化学反応が生じないから、こ
の化学反応に付随して発生する反応熱がなく、第9図に
示すように非反応部35.37の温度が他の部分より低
くなり、反応ガスに含まれている蒸発したリン酸を非反
応部35゜37が形成する非反応部領域で回収できる。
Further, regarding the physical properties of phosphoric acid, as shown in FIG. 8, when the concentration of phosphoric acid is constant, the vapor pressure of phosphoric acid increases as the temperature rises. Therefore, by forming non-reacting N35.37 on the oxidant gas outlet side of the anode-side catalyst layer 32 and the cathode-side catalyst layer 33, no chemical reaction occurs in the non-reactive portions 35.37. There is no reaction heat generated accompanying the chemical reaction, and as shown in Figure 9, the temperature of the non-reactive part 35, 37 is lower than other parts, and the evaporated phosphoric acid contained in the reaction gas is removed from the non-reacting part. It can be collected in the non-reacting region formed by portions 35 and 37.

第10図は、本発明のさらに異なる他の実施例(以下、
第4の実施例という)の要部を示す平面図である。同図
において、40は図示しないアノード電極に成層担持さ
れるアノード側触媒層を示す。
FIG. 10 shows still another embodiment of the present invention (hereinafter referred to as
FIG. 4 is a plan view showing the main parts of a fourth embodiment. In the figure, reference numeral 40 indicates an anode-side catalyst layer supported in layers on an anode electrode (not shown).

このアノード側触媒層40は、アノード側触媒層基板4
1と、酸化剤ガスの出口側に対応するアノード側触媒層
基板41の角部に形成され、酸化剤ガスの流れと直交す
る方向を長くしている矩形状の非反応部42と、燃料ガ
スの出口側に反応するアノード側触媒層基板41の角部
に形成され、燃料ガスの流れと直交する方向を長くして
いる矩形状の非反応部43で構成されている。ここで、
非反応部42.43は、上記した非反応部35. 37
と同様にマトリックス層と同一組成で触媒は担持されて
いない。また、カソード側触媒層もアノード側触媒層4
0と同一の構成であり、符号44はカソード側触媒層、
符号45はカソード側触媒層基板、符号46は上記した
非反応部42に対応する非反応部、符号47は上記した
非反応部43に対応する非反応部を示す。
This anode side catalyst layer 40 has an anode side catalyst layer substrate 4
1, a rectangular non-reactive part 42 formed at a corner of the anode side catalyst layer substrate 41 corresponding to the outlet side of the oxidizing gas and elongated in the direction perpendicular to the flow of the oxidizing gas, and a fuel gas It is formed at a corner of the anode-side catalyst layer substrate 41 that reacts on the outlet side of the fuel gas, and consists of a rectangular non-reactive part 43 that is elongated in the direction perpendicular to the flow of fuel gas. here,
The non-reactive portions 42.43 are the non-reactive portions 35. 37
Similarly, it has the same composition as the matrix layer and no catalyst is supported. In addition, the cathode side catalyst layer is also the anode side catalyst layer 4.
0, the code 44 is a cathode side catalyst layer,
Reference numeral 45 indicates a cathode side catalyst layer substrate, reference numeral 46 indicates a non-reactive portion corresponding to the above-described non-reactive portion 42, and reference numeral 47 indicates a non-reactive portion corresponding to the above-described non-reactive portion 43.

この実施例におけるアノード電極とカソード電極にも、
燃料ガス、酸化剤の流れ方向が異なる境界部をシール材
により区画(同図で破線で示す)されている。
The anode electrode and cathode electrode in this example also include:
A boundary portion where the flow directions of the fuel gas and the oxidizer differ is defined by a sealing material (indicated by a broken line in the figure).

以上のようにアノード側触媒層40およびカソード側触
媒層44に、酸化剤ガスの出口側および燃料ガスの出口
側にそれぞれ非反応部42.46および43゜47を形
成しているので、非反応部領域がさらに増大し、単位セ
ル外に持ち出されるリン酸量を低減することができる。
As described above, the non-reactive parts 42, 46 and 43° 47 are formed in the anode-side catalyst layer 40 and the cathode-side catalyst layer 44 on the oxidant gas outlet side and the fuel gas outlet side, respectively, so that the non-reactive parts The unit area is further increased, and the amount of phosphoric acid taken out of the unit cell can be reduced.

さらに、第3の実施例および第4の実施例に対し、酸化
剤ガスおよび燃料ガスが第1の実施例および第2の実施
例のように単位セルをそれぞれ一方向に流れる場合、そ
れらの出口側に対応するカソード側触媒層およびカソー
ド側触媒層に非反応部を形成すればよい。また、第1の
実施例および第2の実施例では、酸化剤ガスおよび燃料
ガスが単位セルを一方向に流れた燃料電池に適用したが
、第3の実施例および第4の実施例のように二方向に流
れるようにした燃料電池にも適用できる。
Furthermore, with respect to the third embodiment and the fourth embodiment, when the oxidant gas and the fuel gas flow in one direction through the unit cell, as in the first embodiment and the second embodiment, their outlet A non-reactive portion may be formed in the cathode side catalyst layer and the cathode side catalyst layer corresponding to the side. Further, in the first embodiment and the second embodiment, the oxidant gas and the fuel gas were applied to a fuel cell in which the oxidizing gas and the fuel gas flowed in one direction through the unit cell, but the third embodiment and the fourth embodiment It can also be applied to fuel cells that allow flow in two directions.

[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、積層したセルの間
に挿入・設置する冷却板を酸化剤ガスの出口側端部の冷
却効果が優れるように構成し、またはアノード電極やカ
ソード電極に成層担持する触媒層の酸化剤ガスの出口側
端部に非反応部を形成してい゛るので、簡単な構成であ
りながら、燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応に伴う
温度上昇を他の部分より低下させ、電解質であるリン酸
のセル外への持ち出し量を低減させ、長時間の運転が可
能で信頼性を向上した燃料電池を提供することができる
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the cooling plate inserted and installed between the stacked cells is configured to have an excellent cooling effect on the outlet side end of the oxidizing gas, or the anode electrode Since a non-reactive part is formed at the outlet side end of the oxidant gas of the catalyst layer layered and supported on the cathode electrode, the structure is simple, and the temperature associated with the electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas can be reduced. It is possible to provide a fuel cell that can be operated for a long time and has improved reliability by reducing the increase in the amount of phosphoric acid that is an electrolyte compared to other parts and reducing the amount of phosphoric acid that is an electrolyte taken out of the cell.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の要部を示す正面図、第2図
は第1図のA−A線断面図、第3図は本発明に関連する
リン酸蒸気圧と温度の関係を示す線図、第4図は本発明
の一実施例の作用を示す説明図、第5図は本発明の他の
実施例の要部を示す正面図、第6図は第5図のA−A線
断面図、第7図は本発明のさらに異なる他の実施例の要
部を示す斜視図、第8図は本発明に関連するリン酸濃度
を蒸気圧の関係を示す線図、第9図は本発明のさらに異
なる他の実施例の作用を示す説明図、第10図は本発明
のさらに異なる他の実施例の要部を示す平面図、第11
図は従来の燃料電池の構成を示す部分断面図、第12図
は従来の燃料電池の単位セルの構成例を示す斜視図であ
る。 1・・・積層セル      8・・・マトリックス層
II・・・アノード電極基板  13・・・カソード電
極基板20・・・冷却板       22.23・・
・冷却パイプ30・・・アノード電極    31・・
・カソード電極32・・・アノード側触媒層  33・
・・カソード側触媒層35、37・・・非反応部 ?Ω 茅 1 図 茅 2[ 虜り償 → 第 31!I 茅 4 図 第 5 図 つ1 第 6 図 第 7 図 (mrnHg + リン#変濃度 第Z 図
Figure 1 is a front view showing essential parts of an embodiment of the present invention, Figure 2 is a sectional view taken along line A-A in Figure 1, and Figure 3 is the relationship between phosphoric acid vapor pressure and temperature related to the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the operation of one embodiment of the present invention, FIG. 5 is a front view showing main parts of another embodiment of the present invention, and FIG. - A sectional view, FIG. 7 is a perspective view showing the main part of yet another embodiment of the present invention, FIG. 8 is a diagram showing the relationship between phosphoric acid concentration and vapor pressure related to the present invention, and FIG. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the operation of still another embodiment of the present invention, FIG. 10 is a plan view showing the main part of still another embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a partial sectional view showing the structure of a conventional fuel cell, and FIG. 12 is a perspective view showing an example of the structure of a unit cell of the conventional fuel cell. 1... Laminated cell 8... Matrix layer II... Anode electrode substrate 13... Cathode electrode substrate 20... Cooling plate 22.23...
・Cooling pipe 30...Anode electrode 31...
・Cathode electrode 32...Anode side catalyst layer 33・
...Cathode side catalyst layer 35, 37...non-reactive part? Ω Kaya 1 Figure Kaya 2 [ Captive Atonement → No. 31! I Kaya 4 Figure 5 Figure 1 Figure 6 Figure 7 (mrnHg + phosphorus # variable concentration Figure Z

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 電解液を保持するマトリックス層と、このマトリックス
層に接する面に触媒層が成層担持され、かつこれと反対
の面に反応ガスの供給路となる複数の凹溝を設けた一対
の多孔質電極で単位セルを構成し、この単位セルを複数
個積層し冷却板を介挿して成る燃料電池において、前記
多孔質電極の前記反応ガス出口側端部に、前記触媒層ま
たは前記冷却板を介して低温域を形成するようにしたこ
とを特徴とする燃料電池。
It consists of a pair of porous electrodes that have a matrix layer that holds an electrolyte, a catalyst layer supported on the surface in contact with the matrix layer, and a plurality of grooves that serve as reaction gas supply channels on the opposite surface. In a fuel cell that constitutes a unit cell, a plurality of these unit cells are stacked and a cooling plate is inserted, and a low temperature is applied to the reactant gas outlet side end of the porous electrode through the catalyst layer or the cooling plate. 1. A fuel cell characterized by forming a region.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015530714A (en) * 2012-08-30 2015-10-15 バラード パワー システムズ インコーポレイテッド Fuel cell components having a selected cooling capacity distribution

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