JPH0644980A - Separator for fuel cell - Google Patents
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- JPH0644980A JPH0644980A JP4197912A JP19791292A JPH0644980A JP H0644980 A JPH0644980 A JP H0644980A JP 4197912 A JP4197912 A JP 4197912A JP 19791292 A JP19791292 A JP 19791292A JP H0644980 A JPH0644980 A JP H0644980A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は燃料の有する化学エネル
ギーを電気エネルギーに直接変換する燃料電池用のセパ
レータに関し、更に詳しくは、溶融炭酸塩型燃料電池用
の平行流内部マニホールド型セパレータに関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell separator for directly converting chemical energy of a fuel into electric energy, and more particularly to a parallel flow internal manifold type separator for a molten carbonate fuel cell. is there.
【0002】[0002]
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池(図11)は、薄
い平板状の電解質板(タイル)1を燃料極(アノード)
2と空気極(カソード)3の平板状の電極で挟んだ単セ
ル4では電圧が低い(0.8V程度)ため、実用上は導
電性のバイポーラプレート(セパレータ)5を介し多数
段に積層した電池として用いる。この積層電池をスタッ
クと呼ぶ。2. Description of the Related Art In a molten carbonate fuel cell (FIG. 11), a thin flat electrolyte plate (tile) 1 is used as a fuel electrode (anode).
Since the voltage is low (about 0.8 V) in the unit cell 4 sandwiched between the plate-shaped electrodes of 2 and the air electrode (cathode) 3, the electrodes are practically stacked in multiple layers via the conductive bipolar plate (separator) 5. Used as a battery. This laminated battery is called a stack.
【0003】スタック内の各セルの両面への燃料ガス
(アノードガス)6と酸化ガス(カソードガス)7の供
給方式には、図12に示すように、直交流(A)と平行
流(並流(B)と向流(C))があるが、燃料電池のプ
ロセスガス(アノードガス、カソードガス)による冷
却、およびセパレータに生じる熱応力の点から平行流、
特に並流(B)が有利であると考えられている。As shown in FIG. 12, the fuel gas (anode gas) 6 and the oxidizing gas (cathode gas) 7 are supplied to both sides of each cell in the stack as shown in FIG. There is a flow (B) and a counterflow (C), but there is a parallel flow in terms of cooling by the process gas (anode gas, cathode gas) of the fuel cell and thermal stress generated in the separator,
Especially cocurrent (B) is considered to be advantageous.
【0004】更に、スタック内の各セルにプロセスガス
を供給する手段として、図13に示すように、スタック
の側面から直接プロセスガスを供給する外部マニホール
ド方式(A)と、セパレータ自体に垂直な貫通マニホー
ルド8を備え、このマニホールドを介して各セルにプロ
セスガスを供給する内部マニホールド方式(B)とがあ
るが、スタックの高さ変化やスタック側面の凹凸の影響
を受けない点で、内部マニホールド方式が優れていると
考えられている。Further, as a means for supplying the process gas to each cell in the stack, as shown in FIG. 13, an external manifold system (A) for directly supplying the process gas from the side surface of the stack and a penetrating perpendicular to the separator itself. There is an internal manifold system (B) which is provided with a manifold 8 and supplies a process gas to each cell via this manifold, but it is an internal manifold system in that it is not affected by a change in stack height or unevenness on the stack side surface. Are considered excellent.
【0005】本発明はかかる平行流内部マニホールド型
セパレータに関するものである。上述したように燃料電
池用セパレータは、アノードガスとカソードガスを仕切
る仕切板、各セルを接続する電流コレクタ、各セルにア
ノードガスとカソードガスをそれぞれ供給するマニホー
ルド、等の複数の機能をになっている。かかるセパレー
タは当初は、機械加工により製作されていたが、燃料電
池の大型化、量産化に伴い、塑性加工を主とした手段に
より製作されるようになった。The present invention relates to such a parallel flow internal manifold type separator. As described above, the fuel cell separator has a plurality of functions such as a partition plate that partitions the anode gas and the cathode gas, a current collector that connects each cell, and a manifold that supplies the anode gas and the cathode gas to each cell. ing. Initially, such a separator was manufactured by machining, but with the increase in size and mass production of fuel cells, it has come to be manufactured by means mainly of plastic working.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】平行流内部マニホール
ド型セパレータ(以下、単にセパレータと呼ぶ)は、上
述したように種々の長所を有するが、セパレータの同一
側面にアノード用マニホールドとカソード用マニホール
ドが隣接して配置されるため、一方のマニホールドがあ
る部分には他方のガスの供給が困難になり、結果として
各セルの反応面にプロセスガスを均一に供給することが
難しい問題があった。例えば、アノード側の反応面にお
いて、アノード用マニホールドに近い部分は流速が大き
くなり、アノード用マニホールドから遠い部分(カソー
ド用マニホールドに近い部分)は流速が小さくなる問題
があった。かかる流速の不均一は、特に燃料電池の燃料
利用率が高い場合(例えば、80%以上)に反応面の一
部に燃料が枯渇する部分が生じ、この部分からセルを損
傷させることがある。従って、従来から反応面における
ガスの流速はできる限り均一にすることが要望されてい
た。The parallel flow internal manifold type separator (hereinafter simply referred to as a separator) has various advantages as described above, but the anode manifold and the cathode manifold are adjacent to each other on the same side surface of the separator. Therefore, it is difficult to supply the other gas to the portion where the one manifold is present, and as a result, it is difficult to uniformly supply the process gas to the reaction surface of each cell. For example, on the reaction surface on the anode side, there is a problem that the flow velocity is high in a portion close to the anode manifold and is low in a portion far from the anode manifold (a portion near the cathode manifold). Such non-uniformity of the flow velocity may cause a fuel depletion portion on a part of the reaction surface, particularly when the fuel utilization rate of the fuel cell is high (for example, 80% or more), and damage the cell from this portion. Therefore, it has been conventionally desired that the gas flow velocity on the reaction surface be as uniform as possible.
【0007】この要望を満たすために、反応部の流路横
方向に抵抗体を設け、各部分を流れるガスの圧力損失を
ほぼ一定の大きさにすることによって流速の均一化を図
ったセパレータが本願の出願人から提案された(特願昭
63−269405号)。しかし、かかる構成のセパレ
ータは、抵抗の大きさすなわち圧力損失の大きさを調節
することができず、かつ抵抗体の寸法を他の構成部品と
一致させる必要があり、生産が困難で量産が難しい問題
があった。In order to meet this demand, a separator having a uniform flow velocity is provided by providing a resistor in the lateral direction of the flow path of the reaction part and making the pressure loss of the gas flowing through each part substantially constant. It was proposed by the applicant of the present application (Japanese Patent Application No. 63-269405). However, the separator having such a configuration cannot adjust the magnitude of resistance, that is, the magnitude of pressure loss, and it is necessary to match the dimensions of the resistor with those of other components, which makes production difficult and mass production difficult. There was a problem.
【0008】また、同様の目的でセル内のガスがUター
ンする位置に絞りを形成した燃料電池が提案されている
(実公平4−8611号)が、この構成では内部マニホ
ールドを構成できず上述したセパレータには適用できな
い問題があった。更に、反応部以外のセパレータの内部
を、できる限り中空な空間としてセパレータの反応部以
外でプロセスガスが横方向に広がり易い構成が提案され
た(実願平1−34058号)が、かかる構成のセパレ
ータは、圧力損失の大きさを調節することができず、か
つ運転中に熱によりセパレータが歪み、セル間を短絡さ
せることがある問題があった。For the same purpose, there has been proposed a fuel cell in which a throttle is formed at a position where a gas in the cell makes a U-turn (Japanese Utility Model Publication No. 4-8611). There was a problem that could not be applied to the separator. Further, a configuration has been proposed in which the inside of the separator other than the reaction part is made as hollow as possible to allow the process gas to easily spread in the lateral direction outside the reaction part of the separator (Japanese Patent Application No. 1-34058). The separator has a problem that the magnitude of pressure loss cannot be adjusted, and the separator may be distorted by heat during operation, resulting in short circuit between cells.
【0009】本発明は、かかる問題を解決するために創
案されたものである。すなわち本発明は、反応面におけ
るガスの流速分布がほぼ均一であるセパレータを提供す
ることを目的とする。更に、本発明は、セル間の短絡を
起こし難いセパレータを提供することを目的とする。The present invention was created to solve such a problem. That is, an object of the present invention is to provide a separator in which the gas flow velocity distribution on the reaction surface is substantially uniform. A further object of the present invention is to provide a separator that is unlikely to cause a short circuit between cells.
【0010】更に、本発明は、反応部での圧力損失の大
きさを調節することができ、反応部に入る前のガス分配
の向上が可能なセパレータを提供することを目的とす
る。更に、本発明は、柔軟性があり、平面精度が高く、
かつ生産が容易で量産しやすいセパレータを提供するこ
とを目的とする。Another object of the present invention is to provide a separator capable of adjusting the pressure loss in the reaction section and improving gas distribution before entering the reaction section. Further, the present invention is flexible, has high plane accuracy,
It is also an object of the present invention to provide a separator that is easy to produce and easy to mass produce.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、アノー
ドガス用開口とカソードガス用開口とを有する平板状の
センタープレートと、連続してコの字状に折り曲げられ
た細長い流路を有し、かつ該流路が一定長さごとにオフ
セットしているコルゲート材であって、前記センタープ
レートの上下面に密着して取付けられた可撓性のコルゲ
ート材と、前記コルゲート材の上下に密着して取付けら
れ、中央部に電極用開口、周辺部にアノードガス用開口
及びカソードガス用開口を有する平板状のアノードマス
クプレート及びカソードマスクプレートと、からなる燃
料電池用セパレータであって、前記センタープレート、
アノードマスクプレート、及びカソードマスクプレート
はセパレータの外周部で気密に連結され、前記センター
プレート及びカソードマスクプレートのアノードガス用
開口の内端部はアノードマニホールド部で互いに気密に
連結され、前記センタープレート及びアノードマスクプ
レートのカソードガス用開口の内端部はカソードマニホ
ールド部で互いに気密に連結され、更に、前記コルゲー
ト材は、前記センタープレートの上下面全体に取付けら
れ、かつ少なくともマスクプレート部分のコルゲート材
は、その流路が反応部の流れ方向に直交する方向に配列
されている、ことを特徴とする燃料電池用セパレータが
提供される。According to the present invention, a flat center plate having an opening for an anode gas and an opening for a cathode gas, and an elongated flow path continuously bent in a U-shape are provided. And a corrugated material in which the flow paths are offset by a fixed length, the flexible corrugated material being closely attached to the upper and lower surfaces of the center plate, and the upper and lower portions of the corrugated material being closely attached. A fuel cell separator comprising: a flat anode mask plate and a cathode mask plate, each of which has an opening for an electrode in a central portion and an opening for an anode gas and an opening for a cathode gas in a peripheral portion. plate,
The anode mask plate and the cathode mask plate are airtightly connected to each other at the outer peripheral portion of the separator, and the inner ends of the anode gas openings of the center plate and the cathode mask plate are airtightly connected to each other at the anode manifold portion. The inner end portions of the cathode gas openings of the anode mask plate are airtightly connected to each other in the cathode manifold portion, the corrugated material is attached to the entire upper and lower surfaces of the center plate, and at least the corrugated material of the mask plate portion is A fuel cell separator is provided, in which the flow paths are arranged in a direction orthogonal to the flow direction of the reaction section.
【0012】本発明の好ましい実施例によれば、前記コ
ルゲート材は、その流路が電極部分でマニホールドの入
口から出口に向かう方向に配列されている。また、本発
明によれば、アノードガス用開口とカソードガス用開口
とを有する平板状のセンタープレートと、連続してコの
字状に折り曲げられた細長い流路を有し、かつ該流路が
一定長さごとにオフセットしているコルゲート材であっ
て、前記センタープレートの上下面に密着して取付けら
れた可撓性のコルゲート材と、前記コルゲート材の上下
に密着して取付けられ、中央部に電極用開口、周辺部に
アノードガス用開口及びカソードガス用開口を有する平
板状のアノードマスクプレート及びカソードマスクプレ
ートと、からなる燃料電池用セパレータであって、前記
センタープレート、アノードマスクプレート、及びカソ
ードマスクプレートはセパレータの外周部で気密に連結
され、前記センタープレート及びカソードマスクプレー
トのアノードガス用開口の内端部はアノードマニホール
ド部で互いに気密に連結され、前記センタープレート及
びアノードマスクプレートのカソードガス用開口の内端
部はカソードマニホールド部で互いに気密に連結され、
更に、前記コルゲート材は、電極部分の大部分で流路が
マニホールドの入口から出口に向かう方向に配列され、
一部でこれに直交する方向に配列されている。According to a preferred embodiment of the present invention, the corrugated material is arranged such that its flow path is in the electrode portion in a direction from the inlet to the outlet of the manifold. Further, according to the present invention, a flat center plate having an opening for an anode gas and an opening for a cathode gas, and an elongated channel continuously bent in a U shape, and the channel is A corrugated material that is offset by a fixed length, and is a flexible corrugated material that is closely attached to the upper and lower surfaces of the center plate, and a corrugated material that is closely attached to the upper and lower portions of the corrugated material and has a central portion. A flat plate-shaped anode mask plate and a cathode mask plate each having an electrode opening, and an anode gas opening and a cathode gas opening in the periphery thereof, the center plate, the anode mask plate, and The cathode mask plate is hermetically connected to the outer peripheral portion of the separator, and the center plate and the cathode mask plate are connected to each other. The inner end portion of the cathode gas opening is connected hermetically to one another at the anode manifold, the center plate and the inner end portion of the cathode gas openings of the anode mask plate is coupled hermetically to each other at the cathode manifold portion,
Further, in the corrugated material, the flow paths are arranged in the direction from the inlet to the outlet of the manifold in most of the electrode portion,
Some are arranged in a direction orthogonal to this.
【0013】更に、本発明の好ましい実施例によれば、
前記直交する一部のコルゲート材は、電極部分の入口部
分及び出口部分である。Further in accordance with a preferred embodiment of the present invention,
The part of the corrugated material that is orthogonal to each other is an inlet portion and an outlet portion of the electrode portion.
【0014】[0014]
【作用】連続してコの字状に折り曲げられた細長い流路
を有し、かつ該流路が一定長さごとにオフセットしてい
るコルゲート材(以下、オフセットコルゲートという)
は、流路方向へはガスが流れやすく、従って、流れによ
る圧力損出が小さく、流路に直交する方向へはガスが流
れ難く、従って、圧力損失が大きいことがわかった。こ
の圧力損失の比は実験の結果、セパレータの使用範囲で
少なくとも10倍、流速が早い領域では100倍以上で
あることがわかった。本発明はかかる知見に基づくもの
である。[Function] A corrugated material (hereinafter, referred to as an offset corrugate) having a long and narrow flow channel continuously bent in a U-shape and the flow channel being offset by a constant length.
It was found that the gas easily flows in the direction of the flow path, the pressure loss due to the flow is small, and the gas hardly flows in the direction orthogonal to the flow path, and thus the pressure loss is large. As a result of experiments, it was found that the ratio of this pressure loss was at least 10 times in the range of use of the separator and 100 times or more in the region where the flow velocity was high. The present invention is based on such findings.
【0015】すなわち、上記本発明の構成によれば、少
なくともマスクプレート部分では流路が反応部の流れ方
向に直交する方向に配列されているので、マニホールド
から各セパレータに流入したガスは、抵抗が大きい反応
面に入る方向へ流れるよりも、反応部の流れ方向に直交
する方向、すなわち入口側のマニホールドを連結する方
向にはるかに流れ易い。従って、反応部の流れ方向に直
交する方向、すなわち横方向に大部分のガスが広がって
から反応面に流れるため、反応面におけるガスの流速分
布がほぼ均一となる。That is, according to the above-mentioned structure of the present invention, since the flow paths are arranged in the direction orthogonal to the flow direction of the reaction section at least in the mask plate portion, the gas flowing from the manifold into each separator has a resistance. It is much easier to flow in the direction orthogonal to the flow direction of the reaction section, that is, in the direction of connecting the manifolds on the inlet side, than in the direction of entering the large reaction surface. Therefore, most of the gas spreads in the direction orthogonal to the flow direction of the reaction section, that is, in the lateral direction and then flows to the reaction surface, so that the flow velocity distribution of the gas on the reaction surface becomes substantially uniform.
【0016】また、コルゲート材が、センタープレート
の上下面全体に取付けられているので、マスクプレート
全面の間に絶縁材料、例えば電解質板を介在させること
ができ、熱により歪みが生じてもマスクプレート同士が
直接接触することはなく、セル間を短絡させるおそれが
ない。更に、電極部分のコルゲート材の一部を反応部の
コルゲート材の流路に直交する方向に配列することによ
り、反応部の圧力損失の大きさを自由に調節することが
でき、反応部に入る前の横方向へのガス拡散を促進し、
ガス分配を向上することができる。Further, since the corrugated material is attached to the entire upper and lower surfaces of the center plate, an insulating material, for example, an electrolyte plate can be interposed between the entire surface of the mask plate, and the mask plate can be distorted by heat. They do not come into direct contact with each other, and there is no risk of short-circuiting between cells. Further, by arranging a part of the corrugated material of the electrode portion in the direction orthogonal to the flow path of the corrugated material of the reaction portion, the pressure loss in the reaction portion can be freely adjusted to enter the reaction portion. Promotes lateral gas diffusion in the front,
Gas distribution can be improved.
【0017】また、センタープレートとマスクプレート
の間には可撓性のコルゲート材が介在するだけなので、
セパレータ全体が柔軟性があり、かつ平面精度を高く保
持することができる。更に、上記構成はコルゲート材の
向きを変えるだけなので、同一のコルゲート材を使用す
ることができ、特殊な部品を必要とせず、生産が容易で
量産しやすい。Further, since only the flexible corrugated material is interposed between the center plate and the mask plate,
The entire separator is flexible and can maintain high plane accuracy. Furthermore, since the above-mentioned configuration only changes the direction of the corrugated material, the same corrugated material can be used, no special parts are required, and production is easy and mass production is easy.
【0018】[0018]
【実施例】以下に本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図1は、本発明によるセパレータの平面
図であり、図2は図1のセパレータの周辺部の部分断面
図、図3はアノードガス用マニホールド部を示す部分断
面図、図4はカソードガス用のマニホールド部を示す部
分断面図である。なお、これらの図においては、上面が
カソード側であり、下面がアノード側であるが、本発明
はこれに限られるものではなく、上面がアノード側で下
面がカソード側であっても良い。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a plan view of a separator according to the present invention, FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a peripheral portion of the separator of FIG. 1, FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing an anode gas manifold portion, and FIG. It is a fragmentary sectional view showing a manifold part. Although the upper surface is the cathode side and the lower surface is the anode side in these drawings, the present invention is not limited to this, and the upper surface may be the anode side and the lower surface may be the cathode side.
【0019】図1において、本発明によるセパレータ1
0は、平行流内部マニホールド型セパレータであり、セ
パレータの両面中央部分にカソード3(及びアノード
2)を嵌め込む凹部分があり、上下部分にはセパレータ
を貫通するアノードマニホールド8aとカソードマニホ
ールド8bが設けられている。この図において上部のマ
ニホールドが入口側であり、下部のマニホールドが出口
側である。マニホールドから供給されたプロセスガス
(アノードガスとカソードガス)はカソード3(及びア
ノード2)の下側(セパレータの内側)を上から下に向
かって流れるようになっている。In FIG. 1, a separator 1 according to the present invention
Reference numeral 0 is a parallel-flow internal manifold type separator, which has a recessed portion into which the cathode 3 (and the anode 2) is fitted in the central portion of both surfaces of the separator, and an anode manifold 8a and a cathode manifold 8b which penetrate the separator are provided in the upper and lower portions. Has been. In this figure, the upper manifold is the inlet side and the lower manifold is the outlet side. The process gas (anode gas and cathode gas) supplied from the manifold flows from the top to the bottom of the cathode 3 (and the anode 2) (inside the separator).
【0020】図2〜図4から明らかなように、本発明に
よるセパレータ10は、アノードガス用開口9とカソー
ドガス用開口11を有する平板状のセンタープレート1
2と、センタープレート12の上下面に密着して取付け
られた可撓性のコルゲート材13、14と、コルゲート
材13、14の上下に密着して取付けられ、中央部に電
極用開口15a、16a、周辺部にアノードガス用開口
9及びカソードガス用開口11を有する平板状のアノー
ドマスクプレート15及びカソードマスクプレート16
とからなる。コルゲート材13、14は連続してコの字
状に折り曲げられた細長い流路を有し、かつ該流路が一
定長さごとにオフセットしている。As is clear from FIGS. 2 to 4, the separator 10 according to the present invention has a flat center plate 1 having an anode gas opening 9 and a cathode gas opening 11.
2 and the flexible corrugated materials 13 and 14 closely attached to the upper and lower surfaces of the center plate 12, and the upper and lower portions of the corrugated materials 13 and 14 closely attached, and the electrode openings 15a and 16a in the central portion. , A flat plate-shaped anode mask plate 15 and cathode mask plate 16 having an anode gas opening 9 and a cathode gas opening 11 in the periphery
Consists of. The corrugated materials 13 and 14 have a long and narrow channel continuously bent in a U-shape, and the channels are offset by a constant length.
【0021】図2に示すように、セパレータ10の外周
部でセンタープレート12とアノードマスクプレート1
5及びカソードマスクプレート16とが気密に連結さ
れ、これによりアノード側(下面)とカソード側(上
面)とをセンタープレート12により仕切り、アノード
ガスとカソードガスとの混合を防止している。図示のよ
うにマスクプレートの外周部はプレス加工等によりセン
タープレートの位置まで絞られているのが良い。センタ
ープレートと両マスクプレートとの連結は、任意の手
段、例えば、溶接、ロウ付け、接着、カシメ等によるの
が良い。電極用開口15a、16aにはアノード2とカ
ソード3が嵌め込まれる。アノード2とカソード3の厚
さは実質的にアノードマスクプレート15、カソードマ
スクプレート16と同一であり、これによりセパレータ
の表面を完全な平面とすることができる。また、図示し
ていないが、コルゲート材とマスクプレートとの間に必
要に応じてパンチングプレート等の開孔板を介在させて
も良い。As shown in FIG. 2, the center plate 12 and the anode mask plate 1 are formed on the outer peripheral portion of the separator 10.
5 and the cathode mask plate 16 are hermetically connected to each other, whereby the anode side (lower surface) and the cathode side (upper surface) are separated by the center plate 12 to prevent mixing of the anode gas and the cathode gas. As shown in the figure, the outer peripheral portion of the mask plate is preferably narrowed down to the position of the center plate by pressing or the like. The center plate and both mask plates may be connected by any means, for example, welding, brazing, bonding, caulking or the like. The anode 2 and the cathode 3 are fitted into the electrode openings 15a and 16a. The thicknesses of the anode 2 and the cathode 3 are substantially the same as those of the anode mask plate 15 and the cathode mask plate 16, so that the surface of the separator can be made completely flat. Although not shown, an aperture plate such as a punching plate may be interposed between the corrugated material and the mask plate, if necessary.
【0022】また、図3に示すように、アノードマニホ
ールド部8aでセンタープレート12とカソードマスク
プレート16のアノードガス用開口9の内端が互いに気
密に連結され、かつ図4に示すように、カソードマニホ
ールド部8bでセンタープレート12とアノードマスク
プレート15のカソードガス用開口11の内端が互いに
気密に連結されている。センタープレートは図示のよう
にプレス加工等により変形させておくのがよい。また連
結は、任意の手段、例えば、溶接、ロウ付け、接着、カ
シメ等によるのが良い。これにより、アノードガスとカ
ソードガスとの混合を防止し、かつアノードガスをアノ
ード側に、カソードガスをカソード側にそれぞれ供給す
ることができる。Further, as shown in FIG. 3, the inner ends of the center plate 12 and the anode mask opening 9 of the cathode mask plate 16 are hermetically connected to each other in the anode manifold portion 8a, and as shown in FIG. The inner end of the cathode gas opening 11 of the center plate 12 and the anode mask plate 15 is hermetically connected to each other by the manifold portion 8b. It is preferable that the center plate is deformed by pressing as shown in the figure. The connection may be made by any means such as welding, brazing, gluing, caulking or the like. As a result, the mixing of the anode gas and the cathode gas can be prevented, and the anode gas and the cathode gas can be supplied to the anode side and the cathode side, respectively.
【0023】図5及び図6に図1におけるコルゲート材
の配列の例をマスクプレートを省略した状態で示す。こ
の図において、コルゲート材は、センタープレートの上
下面全体に取付けられ、少なくともマスクプレート部分
14aではその流路が反応部の流れ方向に直交する方
向、すなわち流路がマニホールドを連結する方向に配列
されている。これにより、マニホールドから流入したガ
スは、抵抗が大きい反応面に入る方向へ流れるよりも、
マニホールドを連結する方向にはるかに流れ易い。従っ
て、マニホールドを連結する方向に大部分のガスが広が
ってから反応面に流れるため、反応面におけるガスの流
速分布がほぼ均一となる。FIGS. 5 and 6 show an example of the arrangement of the corrugated material in FIG. 1 with the mask plate omitted. In this figure, the corrugated material is attached to the entire upper and lower surfaces of the center plate, and at least in the mask plate portion 14a, the flow paths are arranged in a direction orthogonal to the flow direction of the reaction section, that is, in the direction in which the flow paths connect the manifolds. ing. As a result, the gas flowing in from the manifold flows more than in the direction in which it enters the reaction surface with a large resistance.
Much easier to flow in the direction that connects the manifolds. Therefore, most of the gas spreads in the direction connecting the manifolds and then flows to the reaction surface, so that the flow velocity distribution of the gas on the reaction surface becomes substantially uniform.
【0024】なお、図6に示すように、コルゲート材
を、電極部分の大部分14bで流路がマニホールドの入
口から出口に向かう方向に配列し、一部14cでこれに
直交する方向に配列しても良い。さらにこの図に示すよ
うに、直交する一部のコルゲート材14cを、電極部分
の入口部分及び出口部分とするのが良い。かかる構成に
よりセパレータの反応面に幅方向に同一の抵抗を与える
ことができる。As shown in FIG. 6, the corrugated material is arranged in the direction in which the flow path extends from the inlet to the outlet of the manifold in most of the electrode portion 14b and in the direction orthogonal to this in the portion 14c. May be. Further, as shown in this figure, it is preferable that a part of the corrugated material 14c which is orthogonal to each other be used as an inlet portion and an outlet portion of the electrode portion. With this configuration, the same resistance can be applied to the reaction surface of the separator in the width direction.
【0025】図7はこのコルゲート材(アノード側)の
圧力損失を測定した実験結果を示す図である。この図に
おいて、下の線はコルゲート材の流路に沿った方向にお
ける圧力損失を示し、上の線は流路に直角の方向の圧力
損失を示している。図において、横軸はレイノルズ数R
e、縦軸は管摩擦係数fを示す。図から明らかなよう
に、オフセットコルゲートは、流路方向へはガスが流れ
やすく、従って、流れによる圧力損出が小さく、流路に
直交する方向へはガスが流れ難く、従って、圧力損失が
大きい。すなわち、図7からセパレータの使用範囲(R
eが100以内)で少なくとも10倍、流速が早い領域
では100倍以上の差があることがわかる。FIG. 7 is a diagram showing the experimental results of measuring the pressure loss of this corrugated material (anode side). In this figure, the lower line shows the pressure loss in the direction along the flow path of the corrugated material, and the upper line shows the pressure loss in the direction perpendicular to the flow path. In the figure, the horizontal axis is the Reynolds number R
e, the vertical axis represents the pipe friction coefficient f. As is clear from the figure, the offset corrugate allows gas to easily flow in the direction of the flow path, so pressure loss due to the flow is small, and it is difficult for gas to flow in the direction orthogonal to the flow path, and thus the pressure loss is large. . That is, from FIG. 7, the range of use of the separator (R
It can be seen that there is a difference of at least 10 times when e is within 100) and 100 times or more in the region where the flow velocity is fast.
【0026】図8はこのコルゲート材を用いた実際のセ
パレータの燃料利用率Uf(%)と圧力損失dP(mm
Aq)との関係を示す実験結果である。この図におい
て、4本の線は下から、(A)反応部に横向きコルゲー
ト材がない場合、(B)反応部の出入口に50mm幅の
横向きコルゲート材を設置した場合、(C)同100m
m幅の横向きコルゲート材の場合、(D)同150mm
幅の場合、(E)同200mm幅の場合、を示してい
る。この図から明らかなように、直交させる(横向き
の)コルゲート材の幅を変えることにより反応部の圧力
損失を自由に調節することができる。FIG. 8 shows the fuel utilization rate Uf (%) and pressure loss dP (mm) of an actual separator using this corrugated material.
It is an experimental result which shows the relationship with Aq). In this figure, the four lines are from the bottom, (A) When there is no horizontal corrugated material in the reaction part, (B) When a horizontal corrugated material with a width of 50 mm is installed at the entrance and exit of the reaction part, (C) 100 m
In case of horizontal corrugated material with m width, (D) 150 mm
In the case of the width, (E) the case of the same width of 200 mm is shown. As is clear from this figure, the pressure loss in the reaction section can be freely adjusted by changing the width of the corrugated material that is made orthogonal (sideways).
【0027】実施例1 図9は、従来のセパレータ(実願平1−34058号と
特願昭63−269405号)と図5に示した本発明の
セパレータとの流速分布を比較した別の試験結果を示し
ている。この図において、上部の円形は入口マニホール
ドを、4本の曲線はそれぞれ、一定時間後の流れの先端
部分を示している。この図で(A)は実願平1−340
58号による従来のセパレータ、(B)は特願昭63−
269405号による従来のセパレータ、(C)は図5
に示した本発明のセパレータの場合を示している。Example 1 FIG. 9 is another test comparing the flow velocity distributions of a conventional separator (Japanese Patent Application No. 1-34058 and Japanese Patent Application No. 63-269405) and the separator of the present invention shown in FIG. The results are shown. In this figure, the upper circle shows the inlet manifold and the four curves show the leading end of the flow after a certain time. In this figure, (A) is actual application 1-340.
Conventional separator according to No. 58, (B) is Japanese Patent Application No. 63-
Conventional separator according to No. 269405, (C) is FIG.
The case of the separator of the present invention shown in FIG.
【0028】図9の(A)、(B)、及び(C)を比較
すると、特に(C)の流速分布(各曲線の間の距離)が
ほぼ均一になっているのがわかる。By comparing (A), (B), and (C) of FIG. 9, it can be seen that the flow velocity distribution (distance between curves) of (C) is almost uniform.
【0029】すなわち、上記本発明の構成によれば、少
なくともマスクプレート部分では流路が反応部の流れ方
向に直交する方向に配列されているので、マニホールド
から各セパレータに流入したガスは、抵抗が大きい反応
面に入る方向へ流れるよりも、入口側のマニホールドを
連結する方向にはるかに流れ易い。従って、反応部の流
れ方向に直交する方向、すなわち入口側のマニホールド
を連結する方向に大部分のガスが広がってから反応面に
流れるため、反応面におけるガスの流速分布がほぼ均一
となる。That is, according to the above-described structure of the present invention, since the flow paths are arranged in the direction orthogonal to the flow direction of the reaction section at least in the mask plate portion, the gas flowing from the manifold into each separator has a resistance. It is much easier to flow in the direction connecting the inlet side manifolds than it is in the direction entering the large reaction surface. Therefore, most of the gas spreads in the direction orthogonal to the flow direction of the reaction section, that is, in the direction connecting the inlet side manifolds and then flows to the reaction surface, so that the gas flow velocity distribution on the reaction surface becomes substantially uniform.
【0030】また、コルゲート材が、センタープレート
の上下面全体に取付けられているので、マスクプレート
全面の間に絶縁材料、例えば電解質板を介在させること
ができ、熱により歪みが生じてもマスクプレート同士が
直接接触することはなく、セル間を短絡させるおそれが
ない。更に、電極部分のコルゲート材の一部を反応部の
コルゲート材の流路に直交する方向に配列することによ
り、反応部の圧力損失の大きさを自由に調節することが
できる。この結果、反応部に入る前のガスの分配が向上
する。Further, since the corrugated material is attached to the entire upper and lower surfaces of the center plate, an insulating material, for example, an electrolyte plate can be interposed between the entire surface of the mask plate, and the mask plate can be distorted by heat. They do not come into direct contact with each other, and there is no risk of short-circuiting between cells. Further, by arranging a part of the corrugated material of the electrode portion in a direction orthogonal to the flow path of the corrugated material of the reaction portion, the magnitude of pressure loss in the reaction portion can be freely adjusted. As a result, the distribution of the gas before it enters the reaction section is improved.
【0031】また、センタープレートとマスクプレート
の間には可撓性のコルゲート材が介在するだけなので、
セパレータ全体が柔軟性があり、かつ平面精度を高く保
持することができる。更に、上記構成はコルゲート材の
向きを変えるだけなので、同一のコルゲート材を使用す
ることができ、特殊な部品を必要とせず、生産が容易で
量産しやすい。Further, since only the flexible corrugated material is interposed between the center plate and the mask plate,
The entire separator is flexible and can maintain high plane accuracy. Furthermore, since the above-mentioned configuration only changes the direction of the corrugated material, the same corrugated material can be used, no special parts are required, and production is easy and mass production is easy.
【0032】[0032]
【発明の効果】従って、上記本発明によれば、反応面に
おけるガスの流速分布がほぼ均一であり、セル間の短絡
を起こし難く、反応部での圧力損失の大きさを調節する
ことができ、かつ柔軟性があり、平面精度が高く、生産
が容易で量産しやすいセパレータを提供することができ
る。As described above, according to the present invention, the gas flow velocity distribution on the reaction surface is substantially uniform, it is difficult to cause a short circuit between cells, and the magnitude of the pressure loss in the reaction portion can be adjusted. It is possible to provide a separator that is flexible, has high plane accuracy, is easy to produce, and can be easily mass-produced.
【図1】本発明によるセパレータの平面図である。FIG. 1 is a plan view of a separator according to the present invention.
【図2】図1のセパレータの周辺部の部分断面図であ
る。FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a peripheral portion of the separator shown in FIG.
【図3】アノードガス用のマニホールド部を示す部分断
面図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a manifold portion for anode gas.
【図4】カソードガス用のマニホールド部を示す部分断
面図である。FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a manifold portion for cathode gas.
【図5】図1におけるコルゲート材の配列の一例を示す
図である。5 is a diagram showing an example of an arrangement of corrugated members in FIG.
【図6】図1におけるコルゲート材の配列の別の例を示
す図である。FIG. 6 is a diagram showing another example of the arrangement of corrugated members in FIG.
【図7】コルゲート材の圧力損失を測定した実験結果を
示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an experimental result of measuring a pressure loss of a corrugated material.
【図8】セパレータの燃料利用率と圧力損失との関係を
示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a fuel utilization rate of a separator and a pressure loss.
【図9】従来のセパレータ本発明のセパレータとの流速
分布を比較した別の図である。FIG. 9 is another diagram comparing the flow velocity distribution with the conventional separator of the present invention.
【図10】溶融炭酸塩型燃料電池の模式的構成図であ
る。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a molten carbonate fuel cell.
【図11】アノードガスとカソードガスの供給方式を示
す図である。FIG. 11 is a diagram showing a method of supplying an anode gas and a cathode gas.
【図12】各セルにプロセスガスを供給する手段を示す
図である。FIG. 12 is a diagram showing a means for supplying a process gas to each cell.
1 電解質板(タイル) 2 燃料極(アノード) 3 空気極(カソード) 4 単セル 5 バイポーラプレート(セパレータ) 6 燃料ガス(アノードガス) 7 酸化ガス(カソードガス) 8 マニホールド 9 アノードガス用開口 10 セパレータ 11 カソードガス用開口 12 センタープレート 13、14 コルゲート材 15 アノードマスクプレート 16 カソードマスクプレート 1 Electrolyte Plate (Tile) 2 Fuel Electrode (Anode) 3 Air Electrode (Cathode) 4 Single Cell 5 Bipolar Plate (Separator) 6 Fuel Gas (Anode Gas) 7 Oxidizing Gas (Cathode Gas) 8 Manifold 9 Anode Gas Opening 10 Separator 11 Opening for Cathode Gas 12 Center Plate 13, 14 Corrugated Material 15 Anode Mask Plate 16 Cathode Mask Plate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 在間 信之 東京都江東区豊洲3丁目1番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Nobuyuki Arama 3-15 Toyosu, Koto-ku, Tokyo Ishikawajima Harima Heavy Industries Co., Ltd. Toni Technical Center
Claims (4)
口とを有する平板状のセンタープレートと、 連続してコの字状に折り曲げられた細長い流路を有し、
かつ該流路が一定長さごとにオフセットしているコルゲ
ート材であって、前記センタープレートの上下面に密着
して取付けられた可撓性のコルゲート材と、 前記コルゲート材の上下に密着して取付けられ、中央部
に電極用開口、周辺部にアノードガス用開口及びカソー
ドガス用開口を有する平板状のアノードマスクプレート
及びカソードマスクプレートと、からなる燃料電池用セ
パレータであって、 前記センタープレート、アノードマスクプレート、及び
カソードマスクプレートはセパレータの外周部で気密に
連結され、 前記センタープレート及びカソードマスクプレートのア
ノードガス用開口の内端部はアノードマニホールド部で
互いに気密に連結され、 前記センタープレート及びアノードマスクプレートのカ
ソードガス用開口の内端部はカソードマニホールド部で
互いに気密に連結され、 更に、前記コルゲート材は、前記センタープレートの上
下面全体に取付けられ、かつ少なくともマスクプレート
部分のコルゲート材は、その流路が反応部の流れ方向に
直交する方向に配列されている、ことを特徴とする燃料
電池用セパレータ。1. A flat center plate having an opening for an anode gas and an opening for a cathode gas, and an elongated channel continuously bent in a U-shape,
A corrugated material in which the flow paths are offset by a fixed length, and a flexible corrugated material that is closely attached to the upper and lower surfaces of the center plate; A fuel cell separator comprising: a plate-shaped anode mask plate and a cathode mask plate that are attached and have an electrode opening in the central part and an anode gas opening and a cathode gas opening in the peripheral part, the center plate comprising: The anode mask plate and the cathode mask plate are airtightly connected to each other at the outer periphery of the separator, and the inner ends of the anode gas openings of the center plate and the cathode mask plate are airtightly connected to each other at the anode manifold part. Inner end of cathode gas opening of anode mask plate Are airtightly connected to each other at a cathode manifold portion, and further, the corrugated material is attached to the entire upper and lower surfaces of the center plate, and at least the corrugated material of the mask plate portion has a channel orthogonal to the flow direction of the reaction portion. A fuel cell separator, wherein the fuel cell separator is arranged in a direction.
分でマニホールドの入口から出口に向かう方向に配列さ
れている、ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池
用セパレータ。2. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the corrugated material has flow paths arranged in an electrode portion in a direction from an inlet to an outlet of the manifold.
口とを有する平板状のセンタープレートと、 連続してコの字状に折り曲げられた細長い流路を有し、
かつ該流路が一定長さごとにオフセットしているコルゲ
ート材であって、前記センタープレートの上下面に密着
して取付けられた可撓性のコルゲート材と、 前記コルゲート材の上下に密着して取付けられ、中央部
に電極用開口、周辺部にアノードガス用開口及びカソー
ドガス用開口を有する平板状のアノードマスクプレート
及びカソードマスクプレートと、からなる燃料電池用セ
パレータであって、 前記センタープレート、アノードマスクプレート、及び
カソードマスクプレートはセパレータの外周部で気密に
連結され、 前記センタープレート及びカソードマスクプレートのア
ノードガス用開口の内端部はアノードマニホールド部で
互いに気密に連結され、 前記センタープレート及びアノードマスクプレートのカ
ソードガス用開口の内端部はカソードマニホールド部で
互いに気密に連結され、 更に、前記コルゲート材は、電極部分の大部分で流路が
マニホールドの入口から出口に向かう方向に配列され、
一部でこれに直交する方向に配列されている、ことを特
徴とする燃料電池用セパレータ。3. A flat center plate having an opening for an anode gas and an opening for a cathode gas, and an elongated channel continuously bent in a U-shape,
A corrugated material in which the flow paths are offset by a fixed length, and a flexible corrugated material that is closely attached to the upper and lower surfaces of the center plate; A fuel cell separator comprising: a plate-shaped anode mask plate and a cathode mask plate that are attached and have an electrode opening in the central part and an anode gas opening and a cathode gas opening in the peripheral part, the center plate comprising: The anode mask plate and the cathode mask plate are airtightly connected to each other at the outer periphery of the separator, and the inner ends of the anode gas openings of the center plate and the cathode mask plate are airtightly connected to each other at the anode manifold part. Inner end of cathode gas opening of anode mask plate Are airtightly connected to each other in the cathode manifold portion, and further, the corrugated material is arranged in a direction in which the flow path is directed from the inlet of the manifold to the outlet of most of the electrode portion,
Part of the fuel cell separator is arranged in a direction orthogonal to this.
極部分の入口部分及び出口部分である、ことを特徴とす
る請求項3に記載の燃料電池用セパレータ。4. The fuel cell separator according to claim 3, wherein the part of the corrugated members that are orthogonal to each other is an inlet portion and an outlet portion of an electrode portion.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4197912A JPH0644980A (en) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | Separator for fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4197912A JPH0644980A (en) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | Separator for fuel cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0644980A true JPH0644980A (en) | 1994-02-18 |
Family
ID=16382341
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4197912A Pending JPH0644980A (en) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | Separator for fuel cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0644980A (en) |
-
1992
- 1992-07-24 JP JP4197912A patent/JPH0644980A/en active Pending
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