JPH05205757A - 燃料電池 - Google Patents
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- JPH05205757A JPH05205757A JP4119029A JP11902992A JPH05205757A JP H05205757 A JPH05205757 A JP H05205757A JP 4119029 A JP4119029 A JP 4119029A JP 11902992 A JP11902992 A JP 11902992A JP H05205757 A JPH05205757 A JP H05205757A
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- electrolyte
- cell
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- cooling
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
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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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電池面内温度が均一で、且つ、発電効率に優
れた燃料電池を提供することを目的とする。 【構成】 電解質マトリックス１の両面にアノード２と
カソード３とを配したセル４と，燃料ガス通路２１及び
／又は酸化剤ガス通路３１を形成したプレート５０・５
１・５２・５３とを複数積層させ、且つ、前記複数のプ
レート５１・５２間の少なくとも一部には冷却空気通路
６１を形成した冷却プレート６を介挿させて成る燃料電
池において、上記プレート５０・５１・５３の燃料ガス
通路２１は上記冷却プレート６の冷却空気通路６１と同
一方向に延設されると共に、燃料ガスは冷却空気と同一
方向に流れるように構成したことを特徴とする。
れた燃料電池を提供することを目的とする。 【構成】 電解質マトリックス１の両面にアノード２と
カソード３とを配したセル４と，燃料ガス通路２１及び
／又は酸化剤ガス通路３１を形成したプレート５０・５
１・５２・５３とを複数積層させ、且つ、前記複数のプ
レート５１・５２間の少なくとも一部には冷却空気通路
６１を形成した冷却プレート６を介挿させて成る燃料電
池において、上記プレート５０・５１・５３の燃料ガス
通路２１は上記冷却プレート６の冷却空気通路６１と同
一方向に延設されると共に、燃料ガスは冷却空気と同一
方向に流れるように構成したことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池に関し、特に反
応空気と冷却空気との流れを独立させることができるセ
パレート・ガス・クーリング（ＳＧＣ）方式の燃料電池
に関する。
応空気と冷却空気との流れを独立させることができるセ
パレート・ガス・クーリング（ＳＧＣ）方式の燃料電池
に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は供給されるガスの化学エネル
ギーを、直接電気エネルギーに変換するものであって、
現在ではリン酸型，溶融炭酸塩型，固体電解質型等の燃
料電池の研究が盛んに行われており、高い発電効率が期
待されている。これら燃料電池を用いて電池反応（発
電）を行うと、発電に起因する反応熱等により電池温度
が上昇するので、最適温度で発電を行うために電池を冷
却する必要がある。従来は、一方向に延設される冷却空
気通路を複数形成した冷却プレートを電池スタック内に
数セル毎に介挿させ、この冷却プレートの冷却空気供給
口から冷却空気を流して熱交換を行うことにより電池を
冷却していた。
ギーを、直接電気エネルギーに変換するものであって、
現在ではリン酸型，溶融炭酸塩型，固体電解質型等の燃
料電池の研究が盛んに行われており、高い発電効率が期
待されている。これら燃料電池を用いて電池反応（発
電）を行うと、発電に起因する反応熱等により電池温度
が上昇するので、最適温度で発電を行うために電池を冷
却する必要がある。従来は、一方向に延設される冷却空
気通路を複数形成した冷却プレートを電池スタック内に
数セル毎に介挿させ、この冷却プレートの冷却空気供給
口から冷却空気を流して熱交換を行うことにより電池を
冷却していた。
【０００３】しかしながら、単に上記構造の如く冷却空
気通路を形成するだけでは、冷却空気供給側は冷却用の
低温の空気が流れるため温度が低くなりすぎる一方、冷
却空気排出側は熱交換後の高温の空気が流れるため温度
が高くなりすぎる。このため、冷却空気供給側と冷却空
気排出側との温度勾配が大きくなり、電池を均一に冷却
することができない。その結果、電池面内温度が不均一
となり、電池特性が低下するという課題がある。
気通路を形成するだけでは、冷却空気供給側は冷却用の
低温の空気が流れるため温度が低くなりすぎる一方、冷
却空気排出側は熱交換後の高温の空気が流れるため温度
が高くなりすぎる。このため、冷却空気供給側と冷却空
気排出側との温度勾配が大きくなり、電池を均一に冷却
することができない。その結果、電池面内温度が不均一
となり、電池特性が低下するという課題がある。
【０００４】そこで、電池面内温度の均一化を図るべ
く、図３に示すように、冷却空気供給側の通路を１本と
し、冷却空気排出側になるにつれて通路を２本，３本と
分岐させた構造の冷却プレートが提案されている（特公
昭６２−２４３０号公報参照）。具体的には、冷却空気
供給側の通路の幅（即ち、セルと冷却空気との接する面
積）を小さくして冷えにくくする一方、冷却空気排出側
の通路の幅を大きくして冷えやすくしている。
く、図３に示すように、冷却空気供給側の通路を１本と
し、冷却空気排出側になるにつれて通路を２本，３本と
分岐させた構造の冷却プレートが提案されている（特公
昭６２−２４３０号公報参照）。具体的には、冷却空気
供給側の通路の幅（即ち、セルと冷却空気との接する面
積）を小さくして冷えにくくする一方、冷却空気排出側
の通路の幅を大きくして冷えやすくしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の冷却プレートは冷却空気供給側の通路の幅が小さい
ため圧力損失が大きく、冷却空気排出側の通路まで冷却
空気を十分に供給するには圧力を大きくしなければなら
なかった。そもそも、この冷却空気通路への冷却空気の
供給は燃料電池発電により得られた電力の一部が使用さ
れる。したがって、上記構造とした場合には、冷却空気
供給に要する電力の割合が増加するため、燃料電池シス
テムの発電効率が悪くなるという課題を有していた。
来の冷却プレートは冷却空気供給側の通路の幅が小さい
ため圧力損失が大きく、冷却空気排出側の通路まで冷却
空気を十分に供給するには圧力を大きくしなければなら
なかった。そもそも、この冷却空気通路への冷却空気の
供給は燃料電池発電により得られた電力の一部が使用さ
れる。したがって、上記構造とした場合には、冷却空気
供給に要する電力の割合が増加するため、燃料電池シス
テムの発電効率が悪くなるという課題を有していた。
【０００６】本発明は上記課題に鑑み、電池面内温度が
均一で、且つ、発電効率に優れた燃料電池を提供するこ
とを目的とする。
均一で、且つ、発電効率に優れた燃料電池を提供するこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑
み、以下の構成を有する。 電解質マトリックスの両面にアノードとカソードと
を配したセルと，燃料ガス通路及び／又は酸化剤ガス通
路を形成したプレートとを複数積層させ、且つ、前記複
数のプレート間の少なくとも一部には冷却空気通路を形
成した冷却プレートを介挿させて成る燃料電池におい
て、上記プレートの燃料ガス通路は上記冷却プレートの
冷却空気通路と同一方向に延設されると共に、燃料ガス
は冷却空気と同一方向に流れるように構成したことを特
徴とする。 上記燃料電池の側面には燃料ガスマニホールド，酸
化剤ガスマニホールド，冷却空気マニホールドが設けら
れる一方、いずれのマニホールドによっても覆われてい
ない電池側面部には各セルの電解質マトリックスに電解
質を補給する電解質補給手段が複数設けられることを特
徴とする。 上記各電解質補給手段は一端が開口し他端が閉口し
た電解質貯留溝と、この電解質貯留溝の閉口部から開口
部に電解質を充填する電解質充填手段とから構成され、
且つ、前記電解質貯留溝の開口部は各マニホールドが設
けられない電池側面部に形成されることを特徴とする。
み、以下の構成を有する。 電解質マトリックスの両面にアノードとカソードと
を配したセルと，燃料ガス通路及び／又は酸化剤ガス通
路を形成したプレートとを複数積層させ、且つ、前記複
数のプレート間の少なくとも一部には冷却空気通路を形
成した冷却プレートを介挿させて成る燃料電池におい
て、上記プレートの燃料ガス通路は上記冷却プレートの
冷却空気通路と同一方向に延設されると共に、燃料ガス
は冷却空気と同一方向に流れるように構成したことを特
徴とする。 上記燃料電池の側面には燃料ガスマニホールド，酸
化剤ガスマニホールド，冷却空気マニホールドが設けら
れる一方、いずれのマニホールドによっても覆われてい
ない電池側面部には各セルの電解質マトリックスに電解
質を補給する電解質補給手段が複数設けられることを特
徴とする。 上記各電解質補給手段は一端が開口し他端が閉口し
た電解質貯留溝と、この電解質貯留溝の閉口部から開口
部に電解質を充填する電解質充填手段とから構成され、
且つ、前記電解質貯留溝の開口部は各マニホールドが設
けられない電池側面部に形成されることを特徴とする。
【０００８】
【作用】一般に、冷却空気供給側は冷却用の熱交換前の
低温の空気が流れるため温度が低くなりすぎる一方、冷
却空気排出側は熱交換後の高温の空気が流れるため温度
が高くなりすぎる。しかしながら、上記第１の構成によ
れば、冷却空気通路の上流側に臨む位置には、燃料ガス
通路の上流側が位置する。この燃料ガス通路の上流側は
水素濃度の高い燃料ガスが流れるため、燃料ガスと反応
空気が活発に反応して多量の反応熱を生じる。この結
果、温度が低下する冷却空気供給側の温度は上昇する。
一方、冷却空気通路の下流側に臨む位置には、燃料ガス
通路の下流側が位置する。この燃料ガス通路の下流側は
上流側で反応に使用された水素濃度の低い燃料ガスが流
れるため、燃料ガスと反応空気の反応は上流側ほど活発
に行われない。また、燃料ガス中には、１％程度の一酸
化炭素が含まれるが、一酸化炭素は燃料電池の電極触媒
に被毒作用をもたらす。この被毒作用は一酸化炭素の濃
度が高いほど、且つ、燃料電池作動温度が低いほど顕著
に現れる。燃料ガス中の一酸化炭素の相対濃度は、燃料
ガス中の水素が燃料ガス通路を流れていくにつれ電極反
応により消費されるため、燃料ガス通路の上流側では低
く、下流側に行くに従って高くなる。このような構成に
よれば、一酸化炭素の影響を受け易い低温側である冷却
空気通路上流側から一酸化炭素濃度の低い燃料ガスが流
れ込み、影響を受けにくい高温側である冷却空気通路下
流側に行くに従い、燃料ガス中の一酸化炭素の電池性能
への影響を抑えることができると共に、冷却空気通路下
流側、即ち燃料ガス通路下流側での燃料ガスと反応空気
との反応性を抑えることができる。これらの結果、温度
が高くなる冷却空気排出側の温度上昇は抑制される。し
たがって、冷却空気供給側と冷却空気排出側との温度勾
配が小さくなるので、電池面内温度が均一になる。
低温の空気が流れるため温度が低くなりすぎる一方、冷
却空気排出側は熱交換後の高温の空気が流れるため温度
が高くなりすぎる。しかしながら、上記第１の構成によ
れば、冷却空気通路の上流側に臨む位置には、燃料ガス
通路の上流側が位置する。この燃料ガス通路の上流側は
水素濃度の高い燃料ガスが流れるため、燃料ガスと反応
空気が活発に反応して多量の反応熱を生じる。この結
果、温度が低下する冷却空気供給側の温度は上昇する。
一方、冷却空気通路の下流側に臨む位置には、燃料ガス
通路の下流側が位置する。この燃料ガス通路の下流側は
上流側で反応に使用された水素濃度の低い燃料ガスが流
れるため、燃料ガスと反応空気の反応は上流側ほど活発
に行われない。また、燃料ガス中には、１％程度の一酸
化炭素が含まれるが、一酸化炭素は燃料電池の電極触媒
に被毒作用をもたらす。この被毒作用は一酸化炭素の濃
度が高いほど、且つ、燃料電池作動温度が低いほど顕著
に現れる。燃料ガス中の一酸化炭素の相対濃度は、燃料
ガス中の水素が燃料ガス通路を流れていくにつれ電極反
応により消費されるため、燃料ガス通路の上流側では低
く、下流側に行くに従って高くなる。このような構成に
よれば、一酸化炭素の影響を受け易い低温側である冷却
空気通路上流側から一酸化炭素濃度の低い燃料ガスが流
れ込み、影響を受けにくい高温側である冷却空気通路下
流側に行くに従い、燃料ガス中の一酸化炭素の電池性能
への影響を抑えることができると共に、冷却空気通路下
流側、即ち燃料ガス通路下流側での燃料ガスと反応空気
との反応性を抑えることができる。これらの結果、温度
が高くなる冷却空気排出側の温度上昇は抑制される。し
たがって、冷却空気供給側と冷却空気排出側との温度勾
配が小さくなるので、電池面内温度が均一になる。
【０００９】加えて、上記第２の構成であれば、いずれ
のマニホールドによっても覆われていない電池側面部に
設けられる電解質補給手段を介して、各セルの電解質マ
トリックスに電解質を補給することができる。したがっ
て、燃料電池に各マニホールドを取り付けたままで電解
質の補給ができるので、従来のように、補給の度毎に燃
料電池からマニホールドを取り外す等の煩わしさがな
い。また、電解質補給手段が複数設けられているので、
セル毎（即ち、電解質マトリックス毎）に電解質の補給
量等を制御することができる。
のマニホールドによっても覆われていない電池側面部に
設けられる電解質補給手段を介して、各セルの電解質マ
トリックスに電解質を補給することができる。したがっ
て、燃料電池に各マニホールドを取り付けたままで電解
質の補給ができるので、従来のように、補給の度毎に燃
料電池からマニホールドを取り外す等の煩わしさがな
い。また、電解質補給手段が複数設けられているので、
セル毎（即ち、電解質マトリックス毎）に電解質の補給
量等を制御することができる。
【００１０】更に、上記第３の構成であれば、電解質充
填手段を介して電解質貯留溝の閉口部から開口部に電解
質を充填することができる。したがって、電解質貯留溝
内にガスが貯留した場合でも、このガスは閉口部から開
口部に流れる電解質に押し流されて電解質貯留溝の開口
部から排出される。ここで、電解質貯留溝の開口部は、
各マニホールドが設けられない電池側面部に形成されて
いるので、前記ガスは電池外に排出される。したがっ
て、従来のように、ガス抜けを良くするためのガス排出
口を電池内（即ち、マニホールド内）に形成する必要が
ないので、燃料電池に各マニホールドを取り付けたまま
で電解質の補給を行うことができる。
填手段を介して電解質貯留溝の閉口部から開口部に電解
質を充填することができる。したがって、電解質貯留溝
内にガスが貯留した場合でも、このガスは閉口部から開
口部に流れる電解質に押し流されて電解質貯留溝の開口
部から排出される。ここで、電解質貯留溝の開口部は、
各マニホールドが設けられない電池側面部に形成されて
いるので、前記ガスは電池外に排出される。したがっ
て、従来のように、ガス抜けを良くするためのガス排出
口を電池内（即ち、マニホールド内）に形成する必要が
ないので、燃料電池に各マニホールドを取り付けたまま
で電解質の補給を行うことができる。
【００１１】
【実施例】 （第一実施例）図１は本発明の第一実施例に係るリン酸
型燃料電池の要部分解斜視図であり、図２は図１の燃料
電池のＸ−Ｘ線矢視断面図である。この燃料電池は、リ
ン酸電解質を含浸させた電解質マトリックス１の両面に
アノード２とカソード３とを配したセル４と，このセル
４に燃料ガス及び反応空気を供給するバイポーラプレー
ト５０・５３と，前記セル４に燃料ガス又は反応空気を
供給するハーフプレート５１・５２とを複数積層させ、
且つ、前記ハーフプレート５１とハーフプレート５２と
の間にセル４を冷却する冷却プレート６を介挿させた構
造である。尚、図中、７は燃料ガスと反応ガスとが混合
するのを防止するシール材，６２はエッジシール部を示
す。また、前記電池の側面には、燃料ガス供給マニホー
ルド２２ａ・燃料ガス排出マニホールド２３ａ，反応空
気供給マニホールド３１ａ・反応空気排出マニホールド
３１ｂ，冷却空気供給マニホールド６１ａ・冷却空気排
出マニホールド６１ｂが夫々取付けられている。
型燃料電池の要部分解斜視図であり、図２は図１の燃料
電池のＸ−Ｘ線矢視断面図である。この燃料電池は、リ
ン酸電解質を含浸させた電解質マトリックス１の両面に
アノード２とカソード３とを配したセル４と，このセル
４に燃料ガス及び反応空気を供給するバイポーラプレー
ト５０・５３と，前記セル４に燃料ガス又は反応空気を
供給するハーフプレート５１・５２とを複数積層させ、
且つ、前記ハーフプレート５１とハーフプレート５２と
の間にセル４を冷却する冷却プレート６を介挿させた構
造である。尚、図中、７は燃料ガスと反応ガスとが混合
するのを防止するシール材，６２はエッジシール部を示
す。また、前記電池の側面には、燃料ガス供給マニホー
ルド２２ａ・燃料ガス排出マニホールド２３ａ，反応空
気供給マニホールド３１ａ・反応空気排出マニホールド
３１ｂ，冷却空気供給マニホールド６１ａ・冷却空気排
出マニホールド６１ｂが夫々取付けられている。
【００１２】上記セル４は、炭化ケイ素から成る電解質
マトリックス１の両面に、カーボンペーパに白金触媒を
担持させたアノード２及びカソード３を配した構造であ
る。上記バイポーラプレート５０・５３の上面には前記
アノード２に燃料ガスを供給する燃料ガス通路２１が複
数形成される一方、下面には前記カソード３に反応空気
を供給する反応空気通路３１が複数形成されている。
尚、前記燃料ガス通路２１と反応空気通路３１とは、互
いに直交するよう形成されている。また、上記ハーフプ
レート５１・５２には、燃料ガス通路２１又は反応空気
通路３１の何れか一方の通路が形成されており、前記ハ
ーフプレート５１の上面には燃料ガス通路２１が複数形
成される一方、ハーフプレート５２の下面には反応空気
通路３１が複数形成されている。前記燃料ガス通路２１
は、図２に示すように構成されており、燃料ガス供給内
部マニホールド２２から供給された燃料ガスが燃料ガス
通路２１に分配された後、燃料ガス排出内部マニホール
ド２３を通って排出される。前記燃料ガス供給内部マニ
ホールド２２は燃料ガスＩＮ側から遠ざかるにつれて徐
々に狭くなるよう形成される一方、燃料ガス排出内部マ
ニホールド２３は燃料ガスＯＵＴ側に近づくにつれて徐
々に広くなるよう形成される。このように両内部マニホ
ールド２２・２３を構成することにより、各燃料ガス通
路２１に燃料ガスを均一に分配することができる。
マトリックス１の両面に、カーボンペーパに白金触媒を
担持させたアノード２及びカソード３を配した構造であ
る。上記バイポーラプレート５０・５３の上面には前記
アノード２に燃料ガスを供給する燃料ガス通路２１が複
数形成される一方、下面には前記カソード３に反応空気
を供給する反応空気通路３１が複数形成されている。
尚、前記燃料ガス通路２１と反応空気通路３１とは、互
いに直交するよう形成されている。また、上記ハーフプ
レート５１・５２には、燃料ガス通路２１又は反応空気
通路３１の何れか一方の通路が形成されており、前記ハ
ーフプレート５１の上面には燃料ガス通路２１が複数形
成される一方、ハーフプレート５２の下面には反応空気
通路３１が複数形成されている。前記燃料ガス通路２１
は、図２に示すように構成されており、燃料ガス供給内
部マニホールド２２から供給された燃料ガスが燃料ガス
通路２１に分配された後、燃料ガス排出内部マニホール
ド２３を通って排出される。前記燃料ガス供給内部マニ
ホールド２２は燃料ガスＩＮ側から遠ざかるにつれて徐
々に狭くなるよう形成される一方、燃料ガス排出内部マ
ニホールド２３は燃料ガスＯＵＴ側に近づくにつれて徐
々に広くなるよう形成される。このように両内部マニホ
ールド２２・２３を構成することにより、各燃料ガス通
路２１に燃料ガスを均一に分配することができる。
【００１３】上記冷却プレート６は、冷却空気を供給す
る冷却空気通路６１を複数形成しており、この冷却空気
通路６１を流れる冷却空気は前記反応空気と同じ動力源
から供給される。また、この冷却空気通路６１は上記燃
料ガス通路２１と同一方向に延設されており、この冷却
空気と前記燃料ガスとは同一方向に流れる。次に、上記
の如く構成された燃料電池における燃料ガス，反応空
気，及び冷却空気の流れについて、図１及び図２を用い
て説明する。図中、実線は燃料ガス，破線は冷却空気，
一点鎖線は反応空気の流れを夫々示す。
る冷却空気通路６１を複数形成しており、この冷却空気
通路６１を流れる冷却空気は前記反応空気と同じ動力源
から供給される。また、この冷却空気通路６１は上記燃
料ガス通路２１と同一方向に延設されており、この冷却
空気と前記燃料ガスとは同一方向に流れる。次に、上記
の如く構成された燃料電池における燃料ガス，反応空
気，及び冷却空気の流れについて、図１及び図２を用い
て説明する。図中、実線は燃料ガス，破線は冷却空気，
一点鎖線は反応空気の流れを夫々示す。
【００１４】先ず、燃料ガス供給マニホールド２２ａか
ら燃料ガス供給内部マニホールド２２を介して供給され
た燃料ガスは、各燃料ガス通路２１に均一に分配され、
各セルのアノード２に燃料ガスを供給した後、燃料ガス
排出内部マニホールド２３を通って燃料ガス排出マニホ
ールド２３ａに排出される。一方、反応空気供給マニホ
ールド３１ａを介して供給された反応空気は、前記燃料
ガス通路２１と直交して設けられる反応空気通路３１を
通れる間に、各セルのカソード３に反応空気を供給した
後、反応空気排出マニホールド３１ｂに排出される。こ
のように、アノード２及びカソード３に、それぞれ燃料
ガスと反応空気とが供給されることによってセル４が発
電する。この場合、燃料ガス供給側では水素濃度が高く
一酸化炭素濃度の低い燃料ガスが流れるので、燃料ガス
と反応空気とが活発に反応して多量の反応熱を生じる結
果、燃料ガス供給側の温度が上昇する。一方、燃料ガス
排出側では水素濃度が低く一酸化炭素濃度の高い燃料ガ
スが流れるので、燃料ガスと反応空気とは活発に反応せ
ず少量の反応熱を生じる結果、燃料ガス排出側の温度上
昇は抑制される。
ら燃料ガス供給内部マニホールド２２を介して供給され
た燃料ガスは、各燃料ガス通路２１に均一に分配され、
各セルのアノード２に燃料ガスを供給した後、燃料ガス
排出内部マニホールド２３を通って燃料ガス排出マニホ
ールド２３ａに排出される。一方、反応空気供給マニホ
ールド３１ａを介して供給された反応空気は、前記燃料
ガス通路２１と直交して設けられる反応空気通路３１を
通れる間に、各セルのカソード３に反応空気を供給した
後、反応空気排出マニホールド３１ｂに排出される。こ
のように、アノード２及びカソード３に、それぞれ燃料
ガスと反応空気とが供給されることによってセル４が発
電する。この場合、燃料ガス供給側では水素濃度が高く
一酸化炭素濃度の低い燃料ガスが流れるので、燃料ガス
と反応空気とが活発に反応して多量の反応熱を生じる結
果、燃料ガス供給側の温度が上昇する。一方、燃料ガス
排出側では水素濃度が低く一酸化炭素濃度の高い燃料ガ
スが流れるので、燃料ガスと反応空気とは活発に反応せ
ず少量の反応熱を生じる結果、燃料ガス排出側の温度上
昇は抑制される。
【００１５】ここで、冷却空気供給マニホールド６１ａ
から供給された空気は、冷却プレート６の冷却空気通路
６１を通って冷却空気排出マニホールド６１ｂに排出さ
れる。この場合、冷却プレート６の冷却空気供給側では
低温の空気が流れるため温度が低くなりすぎる一方、冷
却プレート６の冷却空気排出側では熱交換後の高温の空
気が流れるため温度が高くなりすぎる。しかしながら、
本実施例においては、冷却空気通路６１の上流側に臨む
位置には、燃料ガス通路２１の上流側が位置する。この
燃料ガス通路２１の上流側は水素濃度が高く一酸化炭素
濃度の低い燃料ガスが流れるため、燃料ガスと反応空気
とが活発に反応して多量の反応熱を生じる。この結果、
温度が低下する冷却空気供給側の温度は上昇する。一
方、冷却空気通路６１の下流側に臨む位置には、燃料ガ
ス通路２１の下流側が位置する。この燃料ガス通路２１
の下流側は上流側で反応に使用された水素濃度が低く一
酸化炭素濃度の高い燃料ガスが流れるため、燃料ガスと
反応空気との反応は上流側ほど活発に行われない。この
結果、温度が高くなる冷却空気排出側の温度上昇は抑制
される。したがって、冷却空気供給側と冷却空気排出側
との温度勾配が小さくなるので、電池面内温度が均一に
なる。
から供給された空気は、冷却プレート６の冷却空気通路
６１を通って冷却空気排出マニホールド６１ｂに排出さ
れる。この場合、冷却プレート６の冷却空気供給側では
低温の空気が流れるため温度が低くなりすぎる一方、冷
却プレート６の冷却空気排出側では熱交換後の高温の空
気が流れるため温度が高くなりすぎる。しかしながら、
本実施例においては、冷却空気通路６１の上流側に臨む
位置には、燃料ガス通路２１の上流側が位置する。この
燃料ガス通路２１の上流側は水素濃度が高く一酸化炭素
濃度の低い燃料ガスが流れるため、燃料ガスと反応空気
とが活発に反応して多量の反応熱を生じる。この結果、
温度が低下する冷却空気供給側の温度は上昇する。一
方、冷却空気通路６１の下流側に臨む位置には、燃料ガ
ス通路２１の下流側が位置する。この燃料ガス通路２１
の下流側は上流側で反応に使用された水素濃度が低く一
酸化炭素濃度の高い燃料ガスが流れるため、燃料ガスと
反応空気との反応は上流側ほど活発に行われない。この
結果、温度が高くなる冷却空気排出側の温度上昇は抑制
される。したがって、冷却空気供給側と冷却空気排出側
との温度勾配が小さくなるので、電池面内温度が均一に
なる。
【００１６】上記第一実施例によれば、内部マニホール
ド方式となっているため、冷却空気供給側は冷却空気の
温度を上昇させる熱交換器の役割を果たしている。加え
て、改質ガス（Ｈ2 ／ＣＯ2 ／ＣＯ混合ガス）を使用し
た場合、一酸化炭素の濃度が高くなる燃料ガス排出側の
温度を比較的高くすることができる（２００℃前後まで
上昇させることができる）ので、燃料ガス排出側での一
酸化炭素による被毒の影響が少ない。 〔その他の事項〕上記第一実施例においては、リン酸型
燃料電池を使用したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、例えば、溶融炭酸塩型燃料電池，固体電解質
型燃料電池等を使用することも可能である。
ド方式となっているため、冷却空気供給側は冷却空気の
温度を上昇させる熱交換器の役割を果たしている。加え
て、改質ガス（Ｈ2 ／ＣＯ2 ／ＣＯ混合ガス）を使用し
た場合、一酸化炭素の濃度が高くなる燃料ガス排出側の
温度を比較的高くすることができる（２００℃前後まで
上昇させることができる）ので、燃料ガス排出側での一
酸化炭素による被毒の影響が少ない。 〔その他の事項〕上記第一実施例においては、リン酸型
燃料電池を使用したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、例えば、溶融炭酸塩型燃料電池，固体電解質
型燃料電池等を使用することも可能である。
【００１７】（第二実施例）図４は本発明の第二実施例
に係るリン酸型燃料電池の要部分解斜視図であり、図５
は図４の燃料電池のＹ−Ｙ線矢視断面図である。この燃
料電池は、バイポーラプレート５０・５３及びハーフプ
レート５１の各エッジシール部（図では、５０ｂ，５１
ａ・５１ｂのみ示す）にリザーバ１０ｂ，１１ａ・１１
ｂ，１３ａ・１３ｂが形成され、更に各リザーバにリン
酸を供給するパイプ９０ｂ，９１ａ・９１ｂ，９３ａ・
９３ｂが埋設されている他は、上記第一実施例と同様の
構成である。尚、上記第一実施例と同様の機能を有する
構成部分については同一番号を付して説明を省略する。
に係るリン酸型燃料電池の要部分解斜視図であり、図５
は図４の燃料電池のＹ−Ｙ線矢視断面図である。この燃
料電池は、バイポーラプレート５０・５３及びハーフプ
レート５１の各エッジシール部（図では、５０ｂ，５１
ａ・５１ｂのみ示す）にリザーバ１０ｂ，１１ａ・１１
ｂ，１３ａ・１３ｂが形成され、更に各リザーバにリン
酸を供給するパイプ９０ｂ，９１ａ・９１ｂ，９３ａ・
９３ｂが埋設されている他は、上記第一実施例と同様の
構成である。尚、上記第一実施例と同様の機能を有する
構成部分については同一番号を付して説明を省略する。
【００１８】上記各リザーバ１０ｂ，１１ａ・１１ｂ，
１３ａ・１３ｂは、各電解質マトリックス１へ補給する
リン酸を貯留する他、温度変化の際に電解質マトリック
ス１から膨張して溢れるリン酸の貯留を行う。各リザー
バは一端が開口し他端が閉口しており、開口部はいずれ
のマニホールド２２ａ・２３ａ，３１ａ・３１ｂ，６１
ａ・６１ｂによっても覆われていない電池側面部Ａ・Ｂ
に形成されている。また、各リザーバには開口部から閉
口部にわたる細長い筒状のパイプ９０ｂ，９１ａ・９１
ｂ，９３ａ・９３ｂが埋設され、パイプの一端はリザー
バの閉口部と接する一方、パイプの他端はリザーバの開
口部から少しはみ出すよう構成されている。尚、リン酸
の補給を行わない場合は、各リザーバの開口部はシール
詮９（図３参照）によって密閉されているので、電池内
に外気等が侵入する恐れがない。
１３ａ・１３ｂは、各電解質マトリックス１へ補給する
リン酸を貯留する他、温度変化の際に電解質マトリック
ス１から膨張して溢れるリン酸の貯留を行う。各リザー
バは一端が開口し他端が閉口しており、開口部はいずれ
のマニホールド２２ａ・２３ａ，３１ａ・３１ｂ，６１
ａ・６１ｂによっても覆われていない電池側面部Ａ・Ｂ
に形成されている。また、各リザーバには開口部から閉
口部にわたる細長い筒状のパイプ９０ｂ，９１ａ・９１
ｂ，９３ａ・９３ｂが埋設され、パイプの一端はリザー
バの閉口部と接する一方、パイプの他端はリザーバの開
口部から少しはみ出すよう構成されている。尚、リン酸
の補給を行わない場合は、各リザーバの開口部はシール
詮９（図３参照）によって密閉されているので、電池内
に外気等が侵入する恐れがない。
【００１９】ここで、上記の如く構成された燃料電池の
各電解質マトリックス１へのリン酸の補給について、ハ
ーフプレート５１を例にとって説明する。先ず、リザー
バ１１ａ・１１ｂの開口部に嵌められたシール詮９を取
外し、リザーバ１１ａ・１１ｂの開口部からはみ出した
パイプ９１ａ・９１ｂの一端に、リン酸を充填した注射
器の注射針を差し込み、パイプ９１ａ・９１ｂ内に徐々
にリン酸を注入する。すると、パイプ９１ａ・９１ｂの
他端から排出されたリン酸は、リザーバ１１ａ・１１ｂ
の閉口部に達しリザーバ１１ａ・１１ｂ内を充填しなが
ら開口部側へ徐々に流れる。やがて、リン酸がリザーバ
１１ａ・１１ｂの開口部近傍まで充填されたのを確認す
ると、リン酸の注入を終了する。ここで、前記リザーバ
１１ａ・１１ｂの上面には電解質マトリックス１が配さ
れるので、リザーバ１１ａ・１１ｂ内に充填されたリン
酸は、電解質マトリックス１の両端（即ち、ハーフプレ
ート５１の両端のエッジシール部５１ａ・５１ｂに形成
されたリザーバ１１ａ・１１ｂと接する部分）から電解
質マトリックス１全面に均一にいきわたるよう徐々に補
給される。尚、他の電解質マトリックス１へのリン酸の
供給も、リザーバ１３ａ・１３ｂ及びパイプ９３ａ・９
３ｂを介して、前記と同様の方法で行われる。これらの
結果、各電解質マトリックス１にリン酸が供給される。
各電解質マトリックス１へのリン酸の補給について、ハ
ーフプレート５１を例にとって説明する。先ず、リザー
バ１１ａ・１１ｂの開口部に嵌められたシール詮９を取
外し、リザーバ１１ａ・１１ｂの開口部からはみ出した
パイプ９１ａ・９１ｂの一端に、リン酸を充填した注射
器の注射針を差し込み、パイプ９１ａ・９１ｂ内に徐々
にリン酸を注入する。すると、パイプ９１ａ・９１ｂの
他端から排出されたリン酸は、リザーバ１１ａ・１１ｂ
の閉口部に達しリザーバ１１ａ・１１ｂ内を充填しなが
ら開口部側へ徐々に流れる。やがて、リン酸がリザーバ
１１ａ・１１ｂの開口部近傍まで充填されたのを確認す
ると、リン酸の注入を終了する。ここで、前記リザーバ
１１ａ・１１ｂの上面には電解質マトリックス１が配さ
れるので、リザーバ１１ａ・１１ｂ内に充填されたリン
酸は、電解質マトリックス１の両端（即ち、ハーフプレ
ート５１の両端のエッジシール部５１ａ・５１ｂに形成
されたリザーバ１１ａ・１１ｂと接する部分）から電解
質マトリックス１全面に均一にいきわたるよう徐々に補
給される。尚、他の電解質マトリックス１へのリン酸の
供給も、リザーバ１３ａ・１３ｂ及びパイプ９３ａ・９
３ｂを介して、前記と同様の方法で行われる。これらの
結果、各電解質マトリックス１にリン酸が供給される。
【００２０】上記第二実施例によれば、リザーバ及びパ
イプが複数形成されているので、電解質マトリックス１
毎にリン酸の補給量を制御することができる。加えて、
リザーバにガスが貯留した場合でも、ガスは閉口部から
開口部に流れるリン酸に押し流されて、各マニホールド
が設けられない電池側面部Ａ・Ｂに形成された開口部か
ら電池外に排出される。したがって、従来のように、ガ
ス抜けを良くするためのガス排出口を電池内（即ち、マ
ニホールド内）に形成する必要がないので、燃料電池に
各マニホールドを取り付けたままで電解質の補給を行う
ことができる。 〔その他の事項〕 上記第二実施例においては、パイプを介してリザー
バにリン酸を供給したが、パイプの代わりに細長い針等
を用いることによってリザーバにリン酸を供給すること
も勿論可能である。 リザーバのシール手段としても、シール詮９に限定
されるのではなく、例えば、リザーバの開口部を接着剤
等によって密閉することも可能である。 リザーバは、バイポーラプレート及びハーフプレー
トの左右両端のエッジシール部のいずれにも形成した
が、いずれか一方のエッジシール部のみに形成すること
も勿論可能である。
イプが複数形成されているので、電解質マトリックス１
毎にリン酸の補給量を制御することができる。加えて、
リザーバにガスが貯留した場合でも、ガスは閉口部から
開口部に流れるリン酸に押し流されて、各マニホールド
が設けられない電池側面部Ａ・Ｂに形成された開口部か
ら電池外に排出される。したがって、従来のように、ガ
ス抜けを良くするためのガス排出口を電池内（即ち、マ
ニホールド内）に形成する必要がないので、燃料電池に
各マニホールドを取り付けたままで電解質の補給を行う
ことができる。 〔その他の事項〕 上記第二実施例においては、パイプを介してリザー
バにリン酸を供給したが、パイプの代わりに細長い針等
を用いることによってリザーバにリン酸を供給すること
も勿論可能である。 リザーバのシール手段としても、シール詮９に限定
されるのではなく、例えば、リザーバの開口部を接着剤
等によって密閉することも可能である。 リザーバは、バイポーラプレート及びハーフプレー
トの左右両端のエッジシール部のいずれにも形成した
が、いずれか一方のエッジシール部のみに形成すること
も勿論可能である。
【００２１】
【発明の効果】以上の本発明によれば、冷却空気供給側
と冷却空気排出側との温度勾配を小さくすることができ
る。したがって、電池面内温度を均一にすることができ
るので、電池特性が向上する。加えて、改質ガスを使用
した場合でも、燃料ガス排出側での一酸化炭素による被
毒の影響を抑制することができるといった効果を奏す
る。
と冷却空気排出側との温度勾配を小さくすることができ
る。したがって、電池面内温度を均一にすることができ
るので、電池特性が向上する。加えて、改質ガスを使用
した場合でも、燃料ガス排出側での一酸化炭素による被
毒の影響を抑制することができるといった効果を奏す
る。
【００２２】更に、いずれのマニホールドによっても覆
われていない電池側面部を介して、各セルの電解質マト
リックスに電解質を補給することができると共に、セル
毎（即ち、電解質マトリックス毎）に電解質の補給量等
を制御することができる。
われていない電池側面部を介して、各セルの電解質マト
リックスに電解質を補給することができると共に、セル
毎（即ち、電解質マトリックス毎）に電解質の補給量等
を制御することができる。
【図１】本発明の第一実施例に係るリン酸型燃料電池の
要部分解斜視図である。
要部分解斜視図である。
【図２】図１の燃料電池におけるＸ−Ｘ線矢視断面図で
ある。
ある。
【図３】従来の冷却プレートの斜視図である。
【図４】本発明の第二実施例に係るリン酸型燃料電池の
要部分解斜視図である。
要部分解斜視図である。
【図５】図４の燃料電池におけるＹ−Ｙ線矢視断面図で
ある。
ある。
【図６】図４の燃料電池におけるＹ−Ｙ線矢視断面図で
ある。
ある。
１ 電解質マトリックス ２ アノード ３ カソード ４ セル ５０・５３ バイポーラプレート ５１・５２ ハーフプレート ６ 冷却プレート ２１ 燃料ガス通路 ６１ 冷却空気通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮井 恵吾 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内 (72)発明者 西沢 信好 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内 (72)発明者 堤 勝 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 電解質マトリックスの両面にアノード
とカソードとを配したセルと，燃料ガス通路及び／又は
酸化剤ガス通路を形成したプレートとを複数積層させ、
且つ、前記複数のプレート間の少なくとも一部には冷却
空気通路を形成した冷却プレートを介挿させて成る燃料
電池において、 上記プレートの燃料ガス通路は上記冷却プレートの冷却
空気通路と同一方向に延設されると共に、燃料ガスは冷
却空気と同一方向に流れるように構成したことを特徴と
する燃料電池。 - 【請求項２】 上記燃料電池の側面には燃料ガスマニ
ホールド，酸化剤ガスマニホールド，冷却空気マニホー
ルドが設けられる一方、いずれのマニホールドによって
も覆われていない電池側面部には各セルの電解質マトリ
ックスに電解質を補給する電解質補給手段が複数設けら
れることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。 - 【請求項３】 上記各電解質補給手段は一端が開口し
他端が閉口した電解質貯留溝と、この電解質貯留溝の閉
口部から開口部に電解質を充填する電解質充填手段とか
ら構成され、且つ、前記電解質貯留溝の開口部は各マニ
ホールドが設けられない電池側面部に形成されることを
特徴とする請求項２記載の燃料電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4119029A JPH05205757A (ja) | 1991-11-26 | 1992-05-12 | 燃料電池 |
| US08/342,925 US5541015A (en) | 1992-05-12 | 1994-11-21 | Fuel cell using a separate gas cooling method |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-310738 | 1991-11-26 | ||
| JP31073891 | 1991-11-26 | ||
| JP4119029A JPH05205757A (ja) | 1991-11-26 | 1992-05-12 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05205757A true JPH05205757A (ja) | 1993-08-13 |
Family
ID=26456835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4119029A Pending JPH05205757A (ja) | 1991-11-26 | 1992-05-12 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05205757A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004087169A (ja) * | 2002-08-23 | 2004-03-18 | Nissan Motor Co Ltd | 発電装置 |
| JP2006518538A (ja) * | 2003-02-20 | 2006-08-10 | ベバスト・アクチィエンゲゼルシャフト | 燃料電池スタック |
| WO2013112149A1 (en) * | 2012-01-26 | 2013-08-01 | Utc Power Corporation | Electrolyte generation within a fuel cell |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57158963A (en) * | 1981-03-25 | 1982-09-30 | Hitachi Ltd | Fuel cell |
| JPS62163264A (ja) * | 1986-01-14 | 1987-07-20 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料電池用セパレ−タ |
| JPS62177870A (ja) * | 1986-01-31 | 1987-08-04 | Mitsubishi Electric Corp | リン酸型燃料電池 |
-
1992
- 1992-05-12 JP JP4119029A patent/JPH05205757A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57158963A (en) * | 1981-03-25 | 1982-09-30 | Hitachi Ltd | Fuel cell |
| JPS62163264A (ja) * | 1986-01-14 | 1987-07-20 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料電池用セパレ−タ |
| JPS62177870A (ja) * | 1986-01-31 | 1987-08-04 | Mitsubishi Electric Corp | リン酸型燃料電池 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004087169A (ja) * | 2002-08-23 | 2004-03-18 | Nissan Motor Co Ltd | 発電装置 |
| JP2006518538A (ja) * | 2003-02-20 | 2006-08-10 | ベバスト・アクチィエンゲゼルシャフト | 燃料電池スタック |
| WO2013112149A1 (en) * | 2012-01-26 | 2013-08-01 | Utc Power Corporation | Electrolyte generation within a fuel cell |
| US9748592B2 (en) | 2012-01-26 | 2017-08-29 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Electrolyte generation within a fuel cell |
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