JPH05190186A - 積層燃料電池 - Google Patents
積層燃料電池Info
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- JPH05190186A JPH05190186A JP4006039A JP603992A JPH05190186A JP H05190186 A JPH05190186 A JP H05190186A JP 4006039 A JP4006039 A JP 4006039A JP 603992 A JP603992 A JP 603992A JP H05190186 A JPH05190186 A JP H05190186A
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- fuel gas
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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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】燃料ガス通路の構造改善により、単位セルの積
層位置に関係なく、多数層積層された単位セルに燃料ガ
スを均等配分することにある。 【構成】リブ付電極基材形単位セルまたはリブ付セパレ
−ト板形単位セルの積層体からなる積層燃料電池におい
て、積層燃料電池をその積層高さ方向に複数の単位セル
ブロックＡ〜Ｆに区分し、各ブロックに含まれる単位セ
ル毎に燃料ガス通路３１の流路断面積を上部のブロック
で小さく，下部のブロックで大きく形成することによ
り、各ブロックの単位セルに燃料ガスを均等配分する。
層位置に関係なく、多数層積層された単位セルに燃料ガ
スを均等配分することにある。 【構成】リブ付電極基材形単位セルまたはリブ付セパレ
−ト板形単位セルの積層体からなる積層燃料電池におい
て、積層燃料電池をその積層高さ方向に複数の単位セル
ブロックＡ〜Ｆに区分し、各ブロックに含まれる単位セ
ル毎に燃料ガス通路３１の流路断面積を上部のブロック
で小さく，下部のブロックで大きく形成することによ
り、各ブロックの単位セルに燃料ガスを均等配分する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、単位セルの積層数が
多い大容量の積層燃料電池、ことに各単位セルに分流す
る燃料ガス量を均等化するための燃料ガス通路の構造に
関する。
多い大容量の積層燃料電池、ことに各単位セルに分流す
る燃料ガス量を均等化するための燃料ガス通路の構造に
関する。
【０００２】
【従来の技術】図３はリブ付電極基材を用いた燃料電池
の単位セルの要部を示す斜視図であり、単位セル１は、
電解質を保持した多孔質絶縁材からなる電解質層２を挟
んで燃料電極３および酸化剤電極４を密着配置した積層
構造を持ち、各電極３および４はガス透過性を有するカ
−ボン材からなるリブ付電極基材５の電解質層２側の面
に電極触媒層６を形成したものからなり、反電極触媒層
側の面は角波状に形成され、互いに平行なリブ５Ａ間に
複数条の凹溝５Ｂが形成される。このように構成された
単位セル１は、ガス不透過性のカ−ボン板等からなるセ
パレ−ト板７を介して複数層積層されて積層燃料電池
（スタック）を構成するとともに、凹溝５Ｂがセパレ−
ト板７によって塞がれ、燃料電極３側には燃料ガス通路
５Ｆが、酸化剤電極４側には図示しない酸化剤通路が燃
料ガス通路に直交する方向に形成される。
の単位セルの要部を示す斜視図であり、単位セル１は、
電解質を保持した多孔質絶縁材からなる電解質層２を挟
んで燃料電極３および酸化剤電極４を密着配置した積層
構造を持ち、各電極３および４はガス透過性を有するカ
−ボン材からなるリブ付電極基材５の電解質層２側の面
に電極触媒層６を形成したものからなり、反電極触媒層
側の面は角波状に形成され、互いに平行なリブ５Ａ間に
複数条の凹溝５Ｂが形成される。このように構成された
単位セル１は、ガス不透過性のカ−ボン板等からなるセ
パレ−ト板７を介して複数層積層されて積層燃料電池
（スタック）を構成するとともに、凹溝５Ｂがセパレ−
ト板７によって塞がれ、燃料電極３側には燃料ガス通路
５Ｆが、酸化剤電極４側には図示しない酸化剤通路が燃
料ガス通路に直交する方向に形成される。
【０００３】また、このように構成された単電池１の燃
料電極３に燃料ガス通路５Ｆを介して燃料ガスを供給
し、酸化剤電極４に酸化剤通路を介して酸化剤を供給
し、両電極の電極触媒層６で燃料ガス中の水素と酸化剤
中の酸素とを電気化学的に反応させることにより、両電
極間に接続された外部回路に発電反応に基づく電力を取
り出すことができる。この時、燃料電極の電極触媒層で
は水素の還元反応が，酸化剤電極の電極触媒層では酸素
の還元反応が行われるが、これらの反応を効率よく行う
ためには、電極触媒層で触媒微粒子，反応ガス，および
電解質の三層界面を形成することが必要であり、このた
め、電極触媒層６は触媒担体の表面に貴金属微粒子を担
持した触媒微粒子をフッ素樹脂微粒子を結合剤として膜
状とし、電極基材５の表面に高温で結着した電極が用い
られる。
料電極３に燃料ガス通路５Ｆを介して燃料ガスを供給
し、酸化剤電極４に酸化剤通路を介して酸化剤を供給
し、両電極の電極触媒層６で燃料ガス中の水素と酸化剤
中の酸素とを電気化学的に反応させることにより、両電
極間に接続された外部回路に発電反応に基づく電力を取
り出すことができる。この時、燃料電極の電極触媒層で
は水素の還元反応が，酸化剤電極の電極触媒層では酸素
の還元反応が行われるが、これらの反応を効率よく行う
ためには、電極触媒層で触媒微粒子，反応ガス，および
電解質の三層界面を形成することが必要であり、このた
め、電極触媒層６は触媒担体の表面に貴金属微粒子を担
持した触媒微粒子をフッ素樹脂微粒子を結合剤として膜
状とし、電極基材５の表面に高温で結着した電極が用い
られる。
【０００４】図４はリブ付セパレ−ト板を用いた従来の
単位セルを示す斜視図であり、単位セル１０はその燃料
電極１３および酸化剤電極１４が共にリブを持たないガ
ス透過性の電極基材１５と電極触媒層６との層状体で形
成され、この単位セル１０と、両面に互いに直交する方
向にリブ１７Ａと凹溝１７Ｂが等ピッチで角波状に形成
されたリブ付セパレ−ト板１７とを交互に積層して積層
燃料電池を構成することにより、燃料電極１３に接して
燃料ガス通路１８が，酸化剤電極１４に接して酸化剤通
路１９が形成される。
単位セルを示す斜視図であり、単位セル１０はその燃料
電極１３および酸化剤電極１４が共にリブを持たないガ
ス透過性の電極基材１５と電極触媒層６との層状体で形
成され、この単位セル１０と、両面に互いに直交する方
向にリブ１７Ａと凹溝１７Ｂが等ピッチで角波状に形成
されたリブ付セパレ−ト板１７とを交互に積層して積層
燃料電池を構成することにより、燃料電極１３に接して
燃料ガス通路１８が，酸化剤電極１４に接して酸化剤通
路１９が形成される。
【０００５】図５は積層燃料電池を示す斜視断面図であ
り、単位セル１または１０は複数層毎に冷却板２２を介
装した状態で締め付け部材２４により面圧を加えた状態
で一体化され、その四方の側壁にはそれぞれ一対の燃料
ガスマニホ−ルド２５Ａ，２５Ｂ、および酸化剤マニホ
−ルド２６Ａ，２６Ｂが気密に取り付けられて積層燃料
電池２０が構成される。また、燃料ガスおよび酸化剤は
それぞれの入口側マニホ−ルド２５Ａ，２６Ａの下部か
ら流入し、燃料ガス通路または酸化剤通路内で水素また
は酸素が消費されたオフガスが出口側マニホ−ルド２５
Ｂ，２６Ｂの上部から排出され、発電生成熱は冷却板２
２に埋め込まれた冷却パイプ２３に冷却水を通流するこ
とにより冷却され、積層燃料電池２０を所定の作動温度
に保持して運転が行われる。
り、単位セル１または１０は複数層毎に冷却板２２を介
装した状態で締め付け部材２４により面圧を加えた状態
で一体化され、その四方の側壁にはそれぞれ一対の燃料
ガスマニホ−ルド２５Ａ，２５Ｂ、および酸化剤マニホ
−ルド２６Ａ，２６Ｂが気密に取り付けられて積層燃料
電池２０が構成される。また、燃料ガスおよび酸化剤は
それぞれの入口側マニホ−ルド２５Ａ，２６Ａの下部か
ら流入し、燃料ガス通路または酸化剤通路内で水素また
は酸素が消費されたオフガスが出口側マニホ−ルド２５
Ｂ，２６Ｂの上部から排出され、発電生成熱は冷却板２
２に埋め込まれた冷却パイプ２３に冷却水を通流するこ
とにより冷却され、積層燃料電池２０を所定の作動温度
に保持して運転が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】大容量の積層燃料電池
では、大きな電流を得るために単位セルの電極面積が大
きく、かつ高電圧を得るために単位セルの積層数が数百
枚にも及ぶため、積層燃料電池の高さが１ないし５ｍ程
にも達する。また、積層燃料電池に供給する燃料ガスと
しては、通常天然ガスやメタノ−ルを水蒸気改質した水
素６０〜８０％（体積比，残りは主に炭酸ガス）を含む
改質ガスが用いられ、その含有水素の７〜８割程度が燃
料電池の電気化学反応で消費されるため、出口側マニホ
−ルドに排出される燃料オフガスは炭酸ガス成分の占め
る割合が多くなり、その比重が燃料ガスのそれより大幅
に増加する。また、酸化剤には酸素を約２０％含む空気
が用いられ、含有酸素の半分程度が電気化学反応で消費
されるが、窒素よりやや比重の大きい酸素が消費される
ため、酸化剤オフガスの比重は空気のそれより僅かに減
少する。
では、大きな電流を得るために単位セルの電極面積が大
きく、かつ高電圧を得るために単位セルの積層数が数百
枚にも及ぶため、積層燃料電池の高さが１ないし５ｍ程
にも達する。また、積層燃料電池に供給する燃料ガスと
しては、通常天然ガスやメタノ−ルを水蒸気改質した水
素６０〜８０％（体積比，残りは主に炭酸ガス）を含む
改質ガスが用いられ、その含有水素の７〜８割程度が燃
料電池の電気化学反応で消費されるため、出口側マニホ
−ルドに排出される燃料オフガスは炭酸ガス成分の占め
る割合が多くなり、その比重が燃料ガスのそれより大幅
に増加する。また、酸化剤には酸素を約２０％含む空気
が用いられ、含有酸素の半分程度が電気化学反応で消費
されるが、窒素よりやや比重の大きい酸素が消費される
ため、酸化剤オフガスの比重は空気のそれより僅かに減
少する。
【０００７】したがって、入口側の酸化剤マニホ−ルド
２６Ａで各単位セルの酸化剤通路に分流される酸化剤と
しての空気は酸素の消費量が少ないので、あまり流速が
低下することなく酸化剤通路を通過して出口側マニホ−
ルドで合流し、比重が僅かに低下したオフガスは出口側
マニホ−ルドの上部に形成された出口から容易に外部に
排出される。これに比べて、燃料ガス通路で多量の水素
が消費された燃料ガスは、燃料ガス通路内で徐々に流速
が低下するとともにその比重が増加するので、燃料ガス
の出口側マニホ−ルド２５Ｂで燃料オフガスの滞留を生
じやすく、ことに燃料オフガスが出口マニホールドの低
い位置に多く滞留して燃料ガス通路からの燃料オフガス
の流通を阻害する。このため積層燃料電池２０の燃料ガ
ス通路に供給される燃料ガスの量には、上部に位置する
単位セルで多く，下部に位置する単位セルで少ない不均
等が発生する。その結果、積層燃料電池の下部に位置す
る単位セルの燃料電極で水素の供給が不足状態となりセ
ル特性が低下するため、積層燃料電池全体としての発電
特性の低下を招くことになり、単位セルの積層数に比例
した出力電力が得られないという問題が発生する。
２６Ａで各単位セルの酸化剤通路に分流される酸化剤と
しての空気は酸素の消費量が少ないので、あまり流速が
低下することなく酸化剤通路を通過して出口側マニホ−
ルドで合流し、比重が僅かに低下したオフガスは出口側
マニホ−ルドの上部に形成された出口から容易に外部に
排出される。これに比べて、燃料ガス通路で多量の水素
が消費された燃料ガスは、燃料ガス通路内で徐々に流速
が低下するとともにその比重が増加するので、燃料ガス
の出口側マニホ−ルド２５Ｂで燃料オフガスの滞留を生
じやすく、ことに燃料オフガスが出口マニホールドの低
い位置に多く滞留して燃料ガス通路からの燃料オフガス
の流通を阻害する。このため積層燃料電池２０の燃料ガ
ス通路に供給される燃料ガスの量には、上部に位置する
単位セルで多く，下部に位置する単位セルで少ない不均
等が発生する。その結果、積層燃料電池の下部に位置す
る単位セルの燃料電極で水素の供給が不足状態となりセ
ル特性が低下するため、積層燃料電池全体としての発電
特性の低下を招くことになり、単位セルの積層数に比例
した出力電力が得られないという問題が発生する。
【０００８】この発明の目的は、燃料ガス通路の構造改
善により、単位セルの積層位置に関係なく、多数層積層
された単位セルに燃料ガスを均等配分することにある。
善により、単位セルの積層位置に関係なく、多数層積層
された単位セルに燃料ガスを均等配分することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すくため
に、この発明によれば、ガス透過性を有する電極基材の
一方の面に電極触媒層を有する燃料電極および酸化剤電
極、および両電極の電極触媒層間に挟持された電解質層
とからなる単位セル複数層と、単位セル相互間に積層さ
れたガス不透過性のセパレ−ト板とを含む積層体からな
り、前記セパレ−ト板と電極触媒層との間に互いに並列
に複数条形成された燃料ガス通路および酸化剤通路を有
するものにおいて、前記燃料ガス通路の流路断面積が、
前記積層体の上部に位置する単位セル側で小さく，下部
に位置する単位セル側に向けて段階的に大きくなるよう
形成されてなるものとする。
に、この発明によれば、ガス透過性を有する電極基材の
一方の面に電極触媒層を有する燃料電極および酸化剤電
極、および両電極の電極触媒層間に挟持された電解質層
とからなる単位セル複数層と、単位セル相互間に積層さ
れたガス不透過性のセパレ−ト板とを含む積層体からな
り、前記セパレ−ト板と電極触媒層との間に互いに並列
に複数条形成された燃料ガス通路および酸化剤通路を有
するものにおいて、前記燃料ガス通路の流路断面積が、
前記積層体の上部に位置する単位セル側で小さく，下部
に位置する単位セル側に向けて段階的に大きくなるよう
形成されてなるものとする。
【００１０】また、燃料ガス通路がリブ付電極基材に角
波状に形成された凹溝からなり、リブの高さ，凹溝の幅
の少なくとも一方の寸法の決め方により、燃料ガス通路
の流路断面積が段階的に異なる大きさに形成されてなる
ものとする。さらに、燃料ガス通路がリブ付セパレ−ト
板に角波状に形成された凹溝からなり、リブの高さ，凹
溝の幅の少なくとも一方の寸法の決め方により、燃料ガ
ス通路の流路断面積が段階的に異なる大きさに形成され
てなるものとする。
波状に形成された凹溝からなり、リブの高さ，凹溝の幅
の少なくとも一方の寸法の決め方により、燃料ガス通路
の流路断面積が段階的に異なる大きさに形成されてなる
ものとする。さらに、燃料ガス通路がリブ付セパレ−ト
板に角波状に形成された凹溝からなり、リブの高さ，凹
溝の幅の少なくとも一方の寸法の決め方により、燃料ガ
ス通路の流路断面積が段階的に異なる大きさに形成され
てなるものとする。
【００１１】さらにまた、積層体の最下部に位置する単
位セルの燃料ガス通路の流路断面積が、積層体の最上位
に位置する単位セルのそれのほぼ２倍程度となるよう、
中間に位置する単位セルの流路断面積が複数段階の異な
る大きさに形成されてなるものとする。
位セルの燃料ガス通路の流路断面積が、積層体の最上位
に位置する単位セルのそれのほぼ２倍程度となるよう、
中間に位置する単位セルの流路断面積が複数段階の異な
る大きさに形成されてなるものとする。
【００１２】
【作用】この発明の構成において、多数層積層された単
位セルの燃料ガス通路の流路断面積を、積層体の上部に
位置する単位セル側で小さく，下部に位置する単位セル
側に向けて段階的に大きくなるよう形成したことによ
り、入口側マニホ−ルドにおける燃料ガスの流量配分が
上部に位置する単位セルで少なく，下部に位置する単位
セルで多くなり、これに伴って出口側マニホ−ルドに排
出される燃料オフガスの量も上部より下部で多くなるの
で、出口側マニホールド内における燃料オフガスの滞留
が抑制され、下部に位置する単位セルから燃料オフガス
を外部へ排出することが容易化されるので、その結果と
して単位セルへの燃料ガスの配分を均等化する機能が得
られる。
位セルの燃料ガス通路の流路断面積を、積層体の上部に
位置する単位セル側で小さく，下部に位置する単位セル
側に向けて段階的に大きくなるよう形成したことによ
り、入口側マニホ−ルドにおける燃料ガスの流量配分が
上部に位置する単位セルで少なく，下部に位置する単位
セルで多くなり、これに伴って出口側マニホ−ルドに排
出される燃料オフガスの量も上部より下部で多くなるの
で、出口側マニホールド内における燃料オフガスの滞留
が抑制され、下部に位置する単位セルから燃料オフガス
を外部へ排出することが容易化されるので、その結果と
して単位セルへの燃料ガスの配分を均等化する機能が得
られる。
【００１３】また、リブ付電極基材またはリブ付セパレ
−ト板に角波状に形成された凹溝からなる燃料ガス通路
の流路断面積を、リブの高さ，凹溝の幅の少なくとも一
方の寸法により、段階的に異なる大きさに形成するよう
構成すれば、リブ付電極基材またはリブ付セパレ−ト板
の成形金型を複数種類用意するだけで、容易に所望の流
路断面積を有するリブ付電極基材またはリブ付セパレ−
ト板が得られ、燃料ガスを均等配分する機能を容易に得
ることができる。
−ト板に角波状に形成された凹溝からなる燃料ガス通路
の流路断面積を、リブの高さ，凹溝の幅の少なくとも一
方の寸法により、段階的に異なる大きさに形成するよう
構成すれば、リブ付電極基材またはリブ付セパレ−ト板
の成形金型を複数種類用意するだけで、容易に所望の流
路断面積を有するリブ付電極基材またはリブ付セパレ−
ト板が得られ、燃料ガスを均等配分する機能を容易に得
ることができる。
【００１４】さらに、積層体の最下部に位置する単位セ
ルの燃料ガス通路の流路断面積が、積層体の最上位に位
置する単位セルのそれのほぼ２倍程度となるよう、中間
に位置する単位セルの流路断面積を複数段階の異なる大
きさに形成すれば、燃料ガスの流量配分をより良く均等
化できるので、大容量積層燃料電池の発電特性（ｉ−ｖ
特性）を大幅に改善する機能が得られる。
ルの燃料ガス通路の流路断面積が、積層体の最上位に位
置する単位セルのそれのほぼ２倍程度となるよう、中間
に位置する単位セルの流路断面積を複数段階の異なる大
きさに形成すれば、燃料ガスの流量配分をより良く均等
化できるので、大容量積層燃料電池の発電特性（ｉ−ｖ
特性）を大幅に改善する機能が得られる。
【００１５】
【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図１はこの発明の実施例になる積層燃料電池の燃料
ガス通路構造を模式化して示す説明図であり、従来技術
と同じ構成部分には同一参照符号を付すことにより、重
複した説明を省略する。図において、積層燃料電池２０
は前述の図３または図４に示すリブ付電極形単位セル１
またはリブ付セパレ−ト板形単位セル１０の積層体から
なり、その高さが３ｍに達する大容量積層燃料電池であ
り、その高さを図に破線で区画して示すＡ〜Ｆ，６つの
単位セルブロックに区分し、それぞれのブロックに含ま
れる単位セルそれぞれに形成された燃料ガス通路３１Ａ
〜３１Ｆ等３１の流路断面積を次のように段階的に変え
るよう構成した。
る。図１はこの発明の実施例になる積層燃料電池の燃料
ガス通路構造を模式化して示す説明図であり、従来技術
と同じ構成部分には同一参照符号を付すことにより、重
複した説明を省略する。図において、積層燃料電池２０
は前述の図３または図４に示すリブ付電極形単位セル１
またはリブ付セパレ−ト板形単位セル１０の積層体から
なり、その高さが３ｍに達する大容量積層燃料電池であ
り、その高さを図に破線で区画して示すＡ〜Ｆ，６つの
単位セルブロックに区分し、それぞれのブロックに含ま
れる単位セルそれぞれに形成された燃料ガス通路３１Ａ
〜３１Ｆ等３１の流路断面積を次のように段階的に変え
るよう構成した。
【００１６】すなわち、リブ付電極基材のリブ５Ａまた
はリブ付セパレ−ト板のリブ１７Ａの高さは１ｍｍ一定
として燃料ガス通路３１Ａ〜３１Ｆの深さを一定に保
ち、燃料ガス通路３１の幅を最上位に位置するブロック
Ａの燃料ガス通路３１ＡではＷ 1 ＝１ｍｍ，３１Ｂでは
Ｗ2 ＝１．２ｍｍ，３１ＣではＷ3 ＝１．４ｍｍ，３１
ＤではＷ4 ＝１．６ｍｍ，３１ＥではＷ5 ＝１．８ｍ
ｍ，最下位のブロックの燃料ガス通路３１ＦではＷ6 ＝
２．０ｍｍとし、かつ各単位セルのリブの数を同じにす
ることにより、ブロックＦの燃料ガス通路３１個々の流
路断面積、およびその流路断面積の和が共にブロックＡ
のそれのほぼ２倍になるよう構成した。その結果、単位
セルブロックＡ〜Ｆにおけるリブ付電極基材またはリブ
付セパレ−ト板の厚みは全て同じ寸法となり、積層燃料
電池の積層高さに影響を及ぼすことなく燃料ガス通路の
流路断面積をブロック毎に段階的に変えた積層燃料電池
２０が得られた。
はリブ付セパレ−ト板のリブ１７Ａの高さは１ｍｍ一定
として燃料ガス通路３１Ａ〜３１Ｆの深さを一定に保
ち、燃料ガス通路３１の幅を最上位に位置するブロック
Ａの燃料ガス通路３１ＡではＷ 1 ＝１ｍｍ，３１Ｂでは
Ｗ2 ＝１．２ｍｍ，３１ＣではＷ3 ＝１．４ｍｍ，３１
ＤではＷ4 ＝１．６ｍｍ，３１ＥではＷ5 ＝１．８ｍ
ｍ，最下位のブロックの燃料ガス通路３１ＦではＷ6 ＝
２．０ｍｍとし、かつ各単位セルのリブの数を同じにす
ることにより、ブロックＦの燃料ガス通路３１個々の流
路断面積、およびその流路断面積の和が共にブロックＡ
のそれのほぼ２倍になるよう構成した。その結果、単位
セルブロックＡ〜Ｆにおけるリブ付電極基材またはリブ
付セパレ−ト板の厚みは全て同じ寸法となり、積層燃料
電池の積層高さに影響を及ぼすことなく燃料ガス通路の
流路断面積をブロック毎に段階的に変えた積層燃料電池
２０が得られた。
【００１７】このように、実施例になる積層燃料電池に
おいては、入口側マニホ−ルドで各単位セルの燃料ガス
通路３１Ａ〜３１Ｆに分流する燃料ガスの量は、それぞ
れの流路断面積にほぼ比例して上部に位置する単位セル
で少なく，下部に位置する単位セルで多くできる。また
これに伴って、燃料ガス通路から出口側マニホ−ルドに
排出される燃料オフガスの量も上部より下部で多くなる
ので、出口側マニホールド内における燃料オフガスの滞
留が抑制され、燃料オフガスの外部への排出が促進され
ることになり、各単位セルへの燃料ガスの配分をより一
層均等化することができる。
おいては、入口側マニホ−ルドで各単位セルの燃料ガス
通路３１Ａ〜３１Ｆに分流する燃料ガスの量は、それぞ
れの流路断面積にほぼ比例して上部に位置する単位セル
で少なく，下部に位置する単位セルで多くできる。また
これに伴って、燃料ガス通路から出口側マニホ−ルドに
排出される燃料オフガスの量も上部より下部で多くなる
ので、出口側マニホールド内における燃料オフガスの滞
留が抑制され、燃料オフガスの外部への排出が促進され
ることになり、各単位セルへの燃料ガスの配分をより一
層均等化することができる。
【００１８】図２はこの発明の実施例になる積層燃料電
池の出力電圧−出力電流特性（ｉ−ｖ特性）を従来技術
のそれと比較して示す特性線図であり、実施例曲線は従
来技術を示す比較例曲線に比べて出力電流の増加に伴う
出力電圧の低下が少なく、最高約１．５倍の出力電圧の
向上効果を示しており、この結果から燃料ガス通路の流
路断面積を下方に向けて段階的に大きく構成することに
より、燃料ガスの流量配分を均等化できるとともに、上
下間の流路断面積の比を２倍程度とすることにより、積
層燃料電池の出力特性を大幅に改善することができる。
池の出力電圧−出力電流特性（ｉ−ｖ特性）を従来技術
のそれと比較して示す特性線図であり、実施例曲線は従
来技術を示す比較例曲線に比べて出力電流の増加に伴う
出力電圧の低下が少なく、最高約１．５倍の出力電圧の
向上効果を示しており、この結果から燃料ガス通路の流
路断面積を下方に向けて段階的に大きく構成することに
より、燃料ガスの流量配分を均等化できるとともに、上
下間の流路断面積の比を２倍程度とすることにより、積
層燃料電池の出力特性を大幅に改善することができる。
【００１９】
【発明の効果】この発明は前述のように、多数層積層さ
れた単位セルの燃料ガス通路の流路断面積を、積層体の
上部に位置する単位セル側で小さく，下部に位置する単
位セル側に向けて段階的に大きくなるよう形成した。そ
の結果、入口側マニホ−ルドにおける燃料ガスの流量配
分を上部に位置する単位セルで抑制し，下部に位置する
単位セルで増量して均等化できるので、流路断面積が一
様な従来の積層燃料電池で問題となった燃料ガスの流量
配分の不均等性が改善され、これに伴って出力特性が改
善された積層燃料電池を提供することができる。
れた単位セルの燃料ガス通路の流路断面積を、積層体の
上部に位置する単位セル側で小さく，下部に位置する単
位セル側に向けて段階的に大きくなるよう形成した。そ
の結果、入口側マニホ−ルドにおける燃料ガスの流量配
分を上部に位置する単位セルで抑制し，下部に位置する
単位セルで増量して均等化できるので、流路断面積が一
様な従来の積層燃料電池で問題となった燃料ガスの流量
配分の不均等性が改善され、これに伴って出力特性が改
善された積層燃料電池を提供することができる。
【００２０】また、リブ付電極基材またはリブ付セパレ
−ト板に角波状に形成された凹溝からなる燃料ガス通路
の流路断面積を、リブの高さ，凹溝の幅の少なくとも一
方の寸法により、段階的に異なる大きさに形成するよう
構成すれば、リブ付電極基材またはリブ付セパレ−ト板
の成形金型を複数種類用意するだけで、容易に所望の流
路断面積を有するリブ付電極基材またはリブ付セパレ−
ト板が得られ、流路断面積が段階的に異なる積層燃料電
池を容易に提供することができる。
−ト板に角波状に形成された凹溝からなる燃料ガス通路
の流路断面積を、リブの高さ，凹溝の幅の少なくとも一
方の寸法により、段階的に異なる大きさに形成するよう
構成すれば、リブ付電極基材またはリブ付セパレ−ト板
の成形金型を複数種類用意するだけで、容易に所望の流
路断面積を有するリブ付電極基材またはリブ付セパレ−
ト板が得られ、流路断面積が段階的に異なる積層燃料電
池を容易に提供することができる。
【００２１】さらに、積層体の最下部に位置する単位セ
ルの燃料ガス通路の流路断面積が、積層体の最上位に位
置する単位セルのそれのほぼ２倍程度となるよう、中間
に位置する単位セルの流路断面積を複数段階の異なる大
きさに形成すれば、高さ３ｍ程度の大容量積層燃料電池
においてもそのｉ−ｖ特性を従来のそれの最大１．５倍
程度にまで改善できる効果が得られ、積層燃料電池の性
能向上に貢献できる利点が得られる。
ルの燃料ガス通路の流路断面積が、積層体の最上位に位
置する単位セルのそれのほぼ２倍程度となるよう、中間
に位置する単位セルの流路断面積を複数段階の異なる大
きさに形成すれば、高さ３ｍ程度の大容量積層燃料電池
においてもそのｉ−ｖ特性を従来のそれの最大１．５倍
程度にまで改善できる効果が得られ、積層燃料電池の性
能向上に貢献できる利点が得られる。
【図１】この発明の実施例になる積層燃料電池の燃料ガ
ス通路構造を模式化して示す説明図
ス通路構造を模式化して示す説明図
【図２】この発明の実施例になる積層燃料電池の出力電
圧−出力電流特性（ｉ−ｖ特性）を従来技術のそれと比
較して示す特性線図
圧−出力電流特性（ｉ−ｖ特性）を従来技術のそれと比
較して示す特性線図
【図３】リブ付電極基材を用いた燃料電池の単位セルの
要部を示す斜視図
要部を示す斜視図
【図４】リブ付セパレ−ト板を用いた従来の単位セルを
示す斜視図
示す斜視図
【図５】積層燃料電池を示す斜視断面図
１ 単位セル（リブ付電極基材形） ２ 電解質層 ３ 燃料電極 ４ 酸化剤電極 ５ リブ付電極基材 ５Ａ リブ ５Ｂ 凹溝 ５Ｆ 燃料ガス通路 ６ 電極触媒層 ７ セバレ−ト板 １０ 単位セル（リブ付セパレ−ト板形） １７ リブ付セパレ−ト板 １７Ａ リブ １７Ｂ 凹溝 １８ 燃料ガス通路 １９ 酸化剤通路 ２０ 積層燃料電池 ２５ マニホ−ルド（燃料ガス側） ２６ マニホ−ルド（酸化剤側） ３１ 燃料ガス通路 Ａ〜Ｆ 単位セルブロック Ｗ 燃料ガス通路の幅
Claims (4)
- 【請求項１】ガス透過性を有する電極基材の一方の面に
電極触媒層を有する燃料電極および酸化剤電極、および
両電極の電極触媒層間に挟持された電解質層とからなる
単位セル複数層と、単位セル相互間に積層されたガス不
透過性のセパレ−ト板とを含む積層体からなり、前記セ
パレ−ト板と電極触媒層との間に互いに並列に複数条形
成された燃料ガス通路および酸化剤通路を有するものに
おいて、前記燃料ガス通路の流路断面積が、前記積層体
の上部に位置する単位セル側で小さく，下部に位置する
単位セル側に向けて段階的に大きくなるよう形成されて
なることを特徴とする積層燃料電池。 - 【請求項２】燃料ガス通路がリブ付電極基材に角波状に
形成された凹溝からなり、リブの高さ，凹溝の幅の少な
くとも一方の寸法の決め方により、燃料ガス通路の流路
断面積が段階的に異なる大きさに形成されてなることを
特徴とする請求項１記載の積層燃料電池。 - 【請求項３】燃料ガス通路がリブ付セパレ−ト板に角波
状に形成された凹溝からなり、リブの高さ，凹溝の幅の
少なくとも一方の寸法の決め方により、燃料ガス通路の
流路断面積が段階的に異なる大きさに形成されてなるこ
とを特徴とする請求項１記載の積層燃料電池。 - 【請求項４】積層体の最下部に位置する単位セルの燃料
ガス通路の流路断面積が、積層体の最上位に位置する単
位セルのそれのほぼ２倍程度となるよう、中間に位置す
る単位セルの流路断面積が複数段階の異なる大きさに形
成されてなることを特徴とする請求項１記載の積層燃料
電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4006039A JPH05190186A (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | 積層燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4006039A JPH05190186A (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | 積層燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05190186A true JPH05190186A (ja) | 1993-07-30 |
Family
ID=11627502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4006039A Pending JPH05190186A (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | 積層燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05190186A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7745063B2 (en) | 2004-04-27 | 2010-06-29 | Panasonic Corporation | Fuel cell stack |
| WO2013126075A1 (en) * | 2012-02-24 | 2013-08-29 | Utc Power Corporation | Avoiding fuel starvation of anode end fuel cell |
| US20190165401A1 (en) * | 2017-11-30 | 2019-05-30 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Fuel cell assembly including varied flow resistance |
| WO2019108309A1 (en) * | 2017-11-30 | 2019-06-06 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Fuel cell assembly including multiple flow capacities in a condensation zone |
-
1992
- 1992-01-17 JP JP4006039A patent/JPH05190186A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7745063B2 (en) | 2004-04-27 | 2010-06-29 | Panasonic Corporation | Fuel cell stack |
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| CN104205461A (zh) * | 2012-02-24 | 2014-12-10 | 百拉得动力系统公司 | 避免阳极端燃料电池的燃料不足 |
| JP2015511390A (ja) * | 2012-02-24 | 2015-04-16 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションＵｎｉｔｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | アノード端の燃料セルの燃料欠乏の回避 |
| EP2817843A4 (en) * | 2012-02-24 | 2015-10-14 | Ballard Power Systems | AVOIDING A FUEL LUBRICATION IN A FUEL CELL WITH ANODENENDE |
| CN104205461B (zh) * | 2012-02-24 | 2017-03-08 | 奥迪股份公司 | 避免阳极端燃料电池的燃料不足 |
| US9966612B2 (en) | 2012-02-24 | 2018-05-08 | Audi Ag | Avoiding fuel starvation of anode end fuel cell |
| US20190165401A1 (en) * | 2017-11-30 | 2019-05-30 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Fuel cell assembly including varied flow resistance |
| WO2019108309A1 (en) * | 2017-11-30 | 2019-06-06 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Fuel cell assembly including multiple flow capacities in a condensation zone |
| WO2019108308A1 (en) * | 2017-11-30 | 2019-06-06 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Fuel cell assembly including varied flow resistance |
| US10991957B2 (en) | 2017-11-30 | 2021-04-27 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Fuel cell assembly including multiple flow capacities in a condensation zone |
| US11133519B2 (en) | 2017-11-30 | 2021-09-28 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Fuel cell assembly including varied flow resistance |
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