JPH05242902A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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Publication number
JPH05242902A
JPH05242902A JP4041208A JP4120892A JPH05242902A JP H05242902 A JPH05242902 A JP H05242902A JP 4041208 A JP4041208 A JP 4041208A JP 4120892 A JP4120892 A JP 4120892A JP H05242902 A JPH05242902 A JP H05242902A
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JP
Japan
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plates
cell
fuel cell
unit cells
cells
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Pending
Application number
JP4041208A
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English (en)
Inventor
Yoshiyuki Azebiru
義行 畔蒜
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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Publication date
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Publication of JPH05242902A publication Critical patent/JPH05242902A/ja
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    • YGENERAL 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
    • 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

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 積層体における局所的な単電池の寿命短縮を
防止し、積層された単電池全体の電池寿命の均一化を図
ることにより、長寿命の燃料電池を提供する。 【構成】 マトリックスに電解質を含浸した電解質層9
を挟んで一対の電極板10,11(18,19)を配置
してなる単電池8a〜8eを、ガス分離板15を介して
複数個積層すると共に、複数個の積層単電池8a〜8e
毎に冷却板17を介装して積層体1を形成し、この積層
体1の側面に反応ガス供給及び排出用マニホールド7を
配置して燃料電池を構成する。隣接する冷却板17に挟
まれる複数個の単電池8a〜8eのうち、少なくとも冷
却板17から最も遠い位置に配置された単電池8cを形
成する電極板18,19の厚みを、他の単電池8a,8
b,8d,8eの電極板10,11の厚みよりも大きく
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池に係り、特
に、リン酸型燃料電池積層体において、電解質消失量の
多い局所的な単電池の電解質貯蔵構造を改善する技術に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、燃料の有している化学的エネルギ
ーを直接電気的エネルギーに変換する装置として、燃料
電池が知られている。この燃料電池は、通常、電解質を
保持したマトリックスを挟んで一対の多孔質電極板を配
置すると共に、一方の電極板の背面に水素などの燃料ガ
スを接触させ、且つ、他方の電極板の背面に酸素などの
酸化剤ガスを接触させ、このとき起こる電気化学的反応
を利用して、電極板間から電気エネルギーを連続して取
り出すように構成されるものである。
【0003】図3は、このような原理に基づいて構成さ
れた燃料電池の一般的な構成の一例を示す分解斜視図で
ある。同図において、複数個の単電池を積層してなる積
層体1は、その上下端部に配置された端板2により積層
方向に締め付けられており、積層体1から発生する電気
エネルギーは、端板2に設けられた出力端子3から取り
出されるようになっている。また、積層体1の側面に
は、ガスケット4を介して燃料ガス5及び酸化剤ガス6
を供給、排出するためのマニホールド7が設けられてい
る。
【0004】さらに、図4は、従来の積層体1の構成の
一例を詳細に示す分解斜視図である。すなわち、図4に
示すように、積層体1を構成する複数個の単電池8は、
それぞれ、電解質としてのリン酸をマトリックスに含浸
してなる電解質層9と、この電解質層9を挟んでその両
側に配置された、多孔質炭素材料よりなる一対の電極板
10,11によって形成されている。そして、一対の電
極板10,11の、電解質層9に接触する前面には、触
媒層12が成層担持されている。また、電極板10,1
1における電解質層とは反対側の背面には、燃料ガス5
及び酸化剤ガス6の流通する溝13,14が、互いに直
交するように、複数本規則的に形成されている。
【0005】そして、このように構成された単電池8
は、緻密な炭素質よりなるガス分離板15と交互に積層
されている。この場合、各単電池8は運転状態において
発熱するため、単電池8の温度制御手段として、複数個
の単電池8を積層する毎に、内部に冷却媒体流通用の伝
熱管16を埋め込んでなる冷却板17が介装されてい
る。図4は、一例として、5個の単電池8a〜8eを積
層する毎に冷却板17を介装した場合の構成を示してい
る。このように、隣接する冷却板17の間に介在させる
単電池8の数は、単電池8の出力密度(単位面積当たり
の出力)によって異なるが、通常は5〜10個である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
に構成された燃料電池において、隣接する冷却板17の
間に挟まれた5〜10個の単電池8は、運転状態に入る
と発熱するが、この熱が冷却板17に伝えられることに
より冷却される。しかしながら、この冷却方式は、積み
重ねられた発熱体の熱伝導であるため、単電池8の全て
が同じ温度に制御に制御される訳ではなく、冷却板17
から最も遠い位置の単電池8の温度を最高温度として、
冷却板17と接する位置の単電池8まで、放物線状に変
化する温度分布となる。すなわち、図4の例において
は、冷却板17間の中央位置に配置された単電池8cの
温度を最高温度として、冷却板17間の端部位置に配置
された単電池8a,8eまで、放物線状に変化する温度
分布となる。そして、冷却板17から最も遠い位置に配
置された単電池8と、冷却板17と接する単電池8との
温度差は、単電池の出力密度の増大、及び、冷却板17
間に挟まれる単電池8の数の増大に伴なって拡大する。
【0007】また、燃料電池は、通常、平均200℃前
後の高温で運転されるため、運転時には、各単電池8の
溝13,14中に連続して供給される燃料ガス5や酸化
剤ガス6中に、電解質層9の電解質が、その温度での蒸
気分圧に相当する分だけ拡散していく。そして、このよ
うにガス中に拡散した電解質は、ガスの流通と共に、単
電池8の外部に搬出されることになるため、時間の経過
と共に、電解質層9内の電解質量は徐々に消失してい
く。これに対して、前記のように、冷却板17間に挟ま
れた複数個の単電池8の温度は均一でないため、温度の
高い単電池8(図4の例では8c)ほど、電解質の消失
量が多くなる。従って、従来の燃料電池においては、積
層体1において、局所的に電解質の消失量が多くなり、
その結果、局所的に単電池8の電池寿命の短縮を生じる
という問題があった。
【0008】本発明は、上記のような従来技術の課題を
解決するために提案されたものであり、その目的は、積
層体における局所的な単電池の寿命短縮を防止し、積層
された単電池全体の電池寿命の均一化を図ることによ
り、長寿命の燃料電池を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池は、マ
トリックスに電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の
電極板を配置してなる単電池を、ガス分離板を介して複
数個積層すると共に、複数個の積層単電池毎に冷却板を
介装して積層体を形成し、この積層体の側面に反応ガス
供給及び排出用マニホールドを配置して構成した燃料電
池において、隣接する前記冷却板に挟まれる複数個の単
電池のうち、少なくとも冷却板から最も遠い位置に配置
された単電池を形成する前記電極板の厚みを、他の単電
池の電極板の厚みよりも大きくしたことを特徴としてい
る。
【0010】
【作用】以上のような構成を有する本発明の燃料電池の
作用は次の通りである。すなわち、燃料電池の運転時に
は、前述した通り、冷却板から遠い単電池ほど温度が高
くなり、電解質消失量が多くなる。これに対し、本発明
においては、この高温部となる単電池について、他の単
電池よりも電極板の厚みを大きくしているため、他の単
電池に比べて、厚みの差分に応じた多量の電解質を含浸
することができる。そして、このような電解質の含浸量
の差により、電解質の消失量の差を補償することができ
るため、高温部の単電池の寿命短縮を防止し、単電池全
体の電池寿命の均一化を図ることができる。
【0011】
【実施例】以下には、本発明による燃料電池の実施例
を、図1及び図2を参照して説明する。この場合、図1
は、本発明による燃料電池の第1実施例を示す分解斜視
図、図2は、本発明による燃料電池の第2実施例を示す
分解斜視図である。なお、図3及び図4に示した従来技
術と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、
ここでは、本発明に従う特徴的な部分についてのみ説明
する。
【0012】まず、図1に示す第1実施例においては、
隣接する冷却板17の間に、5個の単電池8a〜8eが
挟まれている。そして、上下の冷却板17から最も遠い
位置、すなわち、上下の冷却板17間の中央位置に配置
された単電池8cの電極板18,19の厚みは、他の単
電池8a,8b,8d,8eの電極板10,11の厚み
よりも大きくされている。
【0013】このように構成された積層体1において、
隣接する冷却板17の間に挟まれた5個の単電池8a〜
8eの温度分布は、前述した通り、冷却板17間の中央
位置に配置された単電池8cの温度を最高温度として、
冷却板17間の端部位置に配置された単電池8a,8e
まで、放物線状に変化する温度分布となる。そして、最
も高温となる単電池8cは、最も電解質の消失量が多く
なる。この現象に対して、本実施例においては、最も電
解質の消失量が多くなる単電池8cの電極板18,19
の厚みを、他の単電池8a,8b,8d,8eの電極板
10,11の厚みよりも大きくしているため、単電池8
cは、この厚みの差分に応じて、他の単電池8a,8
b,8d,8eよりも多量の電解質を含浸し、保持する
ことができる。すなわち、このような電解質の含浸量の
差により、電解質の消失量の差を補償することができる
ため、高温部の単電池8cの寿命短縮を防止することが
できる。
【0014】従って、本実施例によれば、従来存在して
いたところの、局所的な単電池の寿命短縮という問題を
なくして、単電池全体の電池寿命の均一化を図ることが
でき、結果的に燃料電池を長寿命化できる。
【0015】次に、図2に示す第2実施例は、隣接する
冷却板17の間に、6個の単電池8a〜8fが挟まれた
場合を示している。この場合、上下の冷却板17から最
も遠い位置、すなわち、上下の冷却板17間の中央位置
に配置されているのは、2個の単電池8c,8dであ
る。従って、本実施例においては、この2個の単電池8
c,8dの電極板18,19の厚みが、他の単電池8
a,8b,8d,8eの電極板10,11の厚みよりも
大きくされている。そして、このような構成を有する本
実施例においても、前記第1実施例と同様の作用効果を
得ることができる。なお、本発明は、前記各実施例に限
定されるものではなく、冷却板17間に、7個以上の単
電池8が挟まれる場合にも同様に適用可能であり、同様
に優れた作用効果を得ることができる。また、前記第1
実施例では、中央位置の1個の単電池8cの電極板を他
の単電池の電極板より厚くしたが、設計仕様によって
は、中央位置の3個の単電池8b〜8dの電極板を他の
単電池の電極板より厚くする構成も可能である。同様
に、前記第2実施例において、中央位置の4個の単電池
8b〜8eの電極板を他の単電池の電極板より厚くする
構成も可能である。さらに、前記各実施例では、電極板
の厚みを2段階としたが、冷却板17間における中央部
から端部に向かって、温度分布に応じた3段階以上の厚
みの差を設ける構成も可能である。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、冷却板に挟まれる複数個の単電池のうち、少なくと
も冷却板から最も遠い位置に配置された単電池を形成す
る電極板の厚みを、他の単電池の電極板の厚みよりも大
きくするという簡単な構成により、従来問題となってい
たところの、積層体における局所的な単電池の寿命短縮
を防止し、積層された単電池全体の電池寿命の均一化を
図ることができるため、結果として、長寿命の燃料電池
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による燃料電池の第1実施例を示す分解
斜視図。
【図2】本発明による燃料電池の第2実施例を示す分解
斜視図。
【図3】一般的な燃料電池の構成の一例を示す分解斜視
図。
【図4】従来の燃料電池の構成の一例を示す分解斜視
図。
【符号の説明】
1…積層体 2…端板 3…出力端子 4…ガスケット 5…燃料ガス 6…酸化剤ガス 7…マニホールド 8,8a〜8f…単電池 9…電解質層 10,11,18,19…電極板 12…触媒層 13,14…溝 15…ガス分離板 16…伝熱管 17…冷却板

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マトリックスに電解質を含浸した電解質
    層を挟んで一対の電極板を配置してなる単電池を、ガス
    分離板を介して複数個積層すると共に、複数個の積層単
    電池毎に冷却板を介装して積層体を形成し、この積層体
    の側面に反応ガス供給及び排出用マニホールドを配置し
    て構成した燃料電池において、 隣接する前記冷却板に挟まれる複数個の単電池のうち、
    少なくとも冷却板から最も遠い位置に配置された単電池
    を形成する前記電極板の厚みを、他の単電池の電極板の
    厚みよりも大きくしたことを特徴とする燃料電池。
JP4041208A 1992-02-27 1992-02-27 燃料電池 Pending JPH05242902A (ja)

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JP4041208A JPH05242902A (ja) 1992-02-27 1992-02-27 燃料電池

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JP (1) JPH05242902A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000067884A (ja) * 1998-08-20 2000-03-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体高分子型燃料電池、これを用いたシステム及びその設置方法
JP2002042853A (ja) * 2000-07-19 2002-02-08 Toyota Motor Corp 燃料電池

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JP2000067884A (ja) * 1998-08-20 2000-03-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体高分子型燃料電池、これを用いたシステム及びその設置方法
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