JPH0650640B2 - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

Info

Publication number
JPH0650640B2
JPH0650640B2 JP62217845A JP21784587A JPH0650640B2 JP H0650640 B2 JPH0650640 B2 JP H0650640B2 JP 62217845 A JP62217845 A JP 62217845A JP 21784587 A JP21784587 A JP 21784587A JP H0650640 B2 JPH0650640 B2 JP H0650640B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
gas flow
cathode
anode
flow path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP62217845A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6463272A (en
Inventor
成嘉 小林
秀和 藤村
昌治 伊藤
好弘 内山
馨象 大塚
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP62217845A priority Critical patent/JPH0650640B2/ja
Publication of JPS6463272A publication Critical patent/JPS6463272A/ja
Publication of JPH0650640B2 publication Critical patent/JPH0650640B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • 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

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池に係り、特にプロセスガス冷却方式の
ように燃料ガスと酸化剤ガスとの間に大きな流量差のあ
る運転条件に好適な燃料電池に関する。
〔従来の技術〕
従来の燃料電池においては、特開昭60-189868号に記載
のように、ガス流路抵抗の抵抗調節を同一断面積のガス
流路本数の増減、すなわち全流路断面積を調節すること
により行つていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術はガス流路抵抗を調節した場合のガス流路
反応面積とリブ面積との割合変化の点について配慮がさ
れておらず、ガス流量が広範囲に変化した場合には有効
反応面積割合、すなわちガス流路反応面積とリブ面積と
の比が大きく変化し、有効反応面積の減少による電池性
能低下、あるいはガス流路面積割合が増大したことによ
り電極とセパレータ板との接触面積の低下による内部抵
抗の増大、電池締付け力にともなう電極板の変形による
ガス流路閉塞などの問題があつた。
本発明の目的はガス流路反応面積とリブ面積との割合を
大きく変化させることなく広い範囲の流量について任意
に流路抵抗比を調節できる燃料電池構造を提供すること
にある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、カソード及びアノードで電解質板を挟持し
てなる単電池のセパレータ板、あるいは電極のリブで形
成されるガス流路において、ガスの流入方向とリブとの
間にできる角度を調節することにより、ガス流路反応面
積とリブ面積との割合をほとんど変化させることなく達
成される。
〔作用〕
電池内のガス流路を形成する電極あるいはセパレータ板
のリブがガス流入方向との間に角度を有するように設置
されることにより、リブがガス流入方向と平行に設置さ
れている場合の圧力損失要因に、リブとガスの流れ方向
との間の角度によりガスの流速に応じた運動量損失の発
生による圧力損失が付加される。それによつて、リブと
ガス流入方向との角度を変えることにより、広範囲の流
量についてガス流路の圧力損失を調節することができ、
発電性能を低下させるような構造変化なしに燃料極、酸
化剤極側ガス流量差にともなう大きな圧力差の発生を防
止することができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図〜第5図により説明す
る。
第1図,第3図は内部マニホールド直交流型セパレータ
のカソード(酸化剤極)側、アノード(燃料極)側ガス
流路構造を示す。第1図においてカソードガス流路13
はセパレータ板リブ2とカソード電極8とで形成され、
リブは流入カソードガスの流れ9と角度θだけアノー
ドガス流入マニホールド5側に向けて傾斜して設けられ
ている。アノードガス流入マニホールド5の近傍に設け
られているリブ2はその他の部分よりはリブの角度θ
が小さく、カソードガスの流入方向とより平行に近くな
つている。これは、この部分のガスの流れが側壁の影響
を直接受けないようにしたものであり、全体のガスの流
れには大きな影響は与えない。第1図のII-II断面図を
第2図に示す。第2図はカソードガス流路13、リブ2
の形状、寸法を示したもので、ガス流路の深さt、ピ
ツチP及びリブの幅lとすれば、角度θが零、す
なわちリブ2がカソードガスの流入方向と平行の場合に
は、流路の圧力損失はガス流量と流路断面積(P−l
)×t、摩擦係数及び流路長さでほぼ決まる。しか
し、リブがカソードガス流入方向と角度θをなしてい
る場合には、流路の圧力損失はθ=0の場合と同様に
摩擦係数も関係するが、それよりはリブの角度θが圧
力損失により強く関係し、第5図のように角度θがあ
る程度以上になると急激に大きくなり、同一流量(流
速)であつても角度θにより圧力損失が大きく変化す
る。第3図,第4図は第1図に示すセパレータ板1の裏
側、すなわちアノード側ガス流路15の構造を示す。流
入アノードガス11は入口マニホールド5から流入し、
流入ガスの方向と角度θだけ傾いたセパレータ板リブ
14とアノード電極16で形成されるガス流路15を流
れ、出口マニホールド6から流出ガスの流れ12となつ
て出ていく。リブ14はカソードガス側と反対にここで
はカソードガス出口マニホールド側に向けて、角度θ
だけ傾けて設けられている。また、カソード側の場合と
同様にカソードガス出口マニホールド近傍のリブは側壁
の影響を直接受けないように、角度θよりは小さくな
つている。セパレータ板の断面III-IIIを示す第4図は
第2図を上下逆にしたものであり、ガス流路に発生する
圧力損失はカソード側流路と同様にして生ずる。
ガス流路を有するセパレータ板を使用して燃料電池を構
成し、発電を行う場合、発電にともない電池内で反応
熱、ジユール熱などが発生するため、電池温度が上昇す
ることになる。そのため、燃料電池の運転にあたつては
電池内で発生する熱を電池外へ放出し、適正な電池温度
に保つため、電池の冷却が行なわれる。電池冷却方式と
しては、プロセスガス冷却、多くの場合、酸化剤ガスが
冷却ガスを兼ねた冷却方式と冷却専用のセルを設けたセ
ル冷却方式とがある。特に、プロセスガス冷却方式では
酸化剤ガスのガス利用率(電池で発電に必要な酸化剤ガ
ス流量で実際に流れている流量を割つた値)は20%以
下、すなわち反応に必要なガス流量の5倍以上を流さな
ければならず、アノードガスのガス利用率50〜60%
に比較し、ガス流量(体積流量)を5倍近く流すことに
なる。したがつて、ガス流路面積をアノード,カソード
側で同じにすれば、圧力損失が両者で大きく異なるた
め、電解質板の両側に大きな差圧が発生することにな
る。現在、セパレータ板、電極で形成されるガス流路の
寸法は、幅で2〜3mm、深さ1.5〜0.5mm程度であ
り、上記のようにカソード,アノード間でガス流量が大
きく異なる場合には、流路断面積だけで圧力損失を同程
度にするためには、カソード側の流路面積を現在の5倍
にするか、あるいはアノード側の流路面積を1/5にし
なければならない。しかし、カソード側の流路面積を5
倍にするためには流路幅、深さのいずれか、あるいはど
ちらも大きくしなければならず、電極の変形によるき裂
発生、セパレータ板の厚さ増大などの問題が生じる。一
方、アノード側の流路面積を1/5にする場合にはやは
り流路幅、深さのいずれか、あるいは両方の寸法を小さ
くすることになるが、流路反応面積の減少,電極のたれ
込みによる流路閉塞などの問題が生ずる。
第1図,第3図のようなカソード、アノードガス流路構
造にすれば、第5図の結果から分かるように流路断面
積、流路反応面積をほぼ一定にし、リブ角度θだけを変
更することにより、レイノルズ数Rすなわち、流速と
リブ寸法との組み合わせで広範囲の圧力損失を調節でき
る。例えば、カソードとアノードガスの流量比が3:1
であるような場合には、カソード側のリブ角度θを0〜
10°、アノード側を35〜45°に設定すれば、リブ
寸法、流路ピツチ、流路深さなどを同一にして流量が異
なつても同じような圧力損失が得られ、カソード,アノ
ードガス間に大きな圧力差が発生することを防止でき
る。このように、ガス流路反応面積を大きく変化させる
ことなく、大きなガス流量差の運転ができることは電池
性能の低下を防止でき、しかもセパレータ板製作にとも
なう加工上の厳しい寸法上の制約を取り除くことによる
コスト低減、あるいはリブ間隔の電極に対する強度面か
らの最適寸法に設計でき、信頼性向上、長寿命化などが
達成できる。また、電池温度の面からは、ガス流路リブ
の角度が流入ガスに対して零、すなわち流入ガスに平行
な直交流セパレータ板を使用した場合には第6図のよう
にアノードガス入口側のカソードガス出口部に高温部が
発生する。しかし、本発明実施例の第1図,第3図のよ
うにアノード,カソード側リブ、特にカソードガスによ
るプロセスガス冷却方式の場合、カソード側リブに角度
θを設けて、アノードガス流入マニホールド側へ全体の
ガス流れが流れ易くすることにより、アノードガス入口
にマニホールド側の流量が多くなるような流量分布にな
る。したがつて、従来カソード出口部のアノード側入口
部に発生した高温部の温度が低下し、電池の熱応力低
減、温度に依存した電解質損失量の低減、あるいは冷却
用のプロセスガス流量低減などにより、信頼性,寿命の
向上,及び効率向上が達成できる。また、アノード側リ
ブとガス流入方向との角度θは圧力損失の調節以外
に、運動量損失を生ずる際の流れの混合によりアノード
ガス中における生成ガスと反応ガスとの濃度分布形成を
防止し、電極反応部への反応ガス拡散に伴う抵抗が減少
し、性能向上が達成される。
第7図は本発明による他の一実施例を示し、内部マニホ
ールド平行流セパレータの構造である。カソード,アノ
ードガス間の流量差にもとづく差圧低減は第1図,第3
図の場合と同様であり、流量比に応じてリブの角度
θ,θを決めることになる。しかし、直交流の場合
にはリブを傾ける方向を電池温度分布の関係からカソー
ド側ではアノードガス入口マニホールド側へ、アノード
側ではカソードガス出口マニホールド側へとしたが、平
行流の場合にはガス流れに平行な電池周辺からの熱損失
により、電池中央部が温度の高い分布になるため、リブ
をガス流入方向から電池中央方向へ傾いた角度で設置し
ている。この構造により、電池中央部へのガス流量が増
加し、冷却効果により中央部温度が低下し、電池温度分
布が均一になる。その他、アノードガス側リブもカソー
ド側と同様にリブに角度を設けることにより直交流と同
じ効果が得られる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、電池内のガス流路を形成するセパレー
タ、あるいは電極のリブをガス流入方向と角度を有して
設置することにより、広い範囲のガス流量について流路
反応面積,流路面積を大きく変えることなく圧力損失を
調節できるので、プロセスガス冷却時のようにカソー
ド,アノードガス間に大きな流量差がある場合にも、大
きな圧力差を発生することがなく、電解質板を通しての
ガスクロスが防止でき、電池の性能,信頼性,寿命の低
下がなく、また電池内のガス流量分布が制御できるた
め、電池高温部にガス流量を多く流すことにより一様な
温度分布が達成され、電池の信頼性,寿命の向上がで
き、さらに燃料ガス側の生成、反応ガスの混合が促進さ
れ、電池の性能も向上するなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の酸化剤ガス(カソードガ
ス)側セパレータ構造、第2図は第1図のII-II断面
図、第3図は燃料ガス(アノードガス)側セパレータ構
造、第4図は第3図のIII-III断面図、第5図は流路角
度と圧力損失との関係、第6図は本発明の実施例による
電池温度分布を示す図、第7図は本発明の他の実施例に
よるセパレータ構造を示す。 1……セパレータ板、2……セパレータ板リブ、3……
カソードガス入口マニホールド、4……カソードガス出
口マニホールド、5……アノードガス入口マニホール
ド、6……アノードガス出口マニホールド、8……カソ
ード電極、9……流入カソードガスの流れ、10……流
出カソードガスの流れ、11……流入アノードガスの流
れ、13……カソードガス流路、14……アノード側セ
パレータリブ、15……アノードガス流路、16……ア
ノード電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内山 好弘 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 大塚 馨象 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭62−10867(JP,A) 特開 昭63−236265(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カソード及びアノードで電解質板を挟持し
    てなる単電池がセパレータ板を介して複数積層され、カ
    ソード又は該カソードと対向するセパレータ板の全面に
    形成された多数のリブによってカソードとセパレータ板
    の間にカソードガス流路が形成され、アノード又は該ア
    ノードと対向するセパレータ板の全面に形成された多数
    のリブによってアノードとセパレータ板の間にアノード
    ガス流路が形成され、カソードガス流量がアノードガス
    流量より大きい燃料電池において、 前記アノードガス流路の圧力損失が前記カソードガス流
    路の圧力損失より大きくなって前記カソードガス流路と
    前記アノードガス流路の圧力が同程度になるように、前
    記カソードガス流路を形成するリブがカソードガスの流
    れ方向に対してなす角度より前記アノードガス流路を形
    成するリブがアノードガスの流れ方向に対してなす角度
    を大きく設定したことを特徴とする燃料電池。
JP62217845A 1987-09-02 1987-09-02 燃料電池 Expired - Fee Related JPH0650640B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62217845A JPH0650640B2 (ja) 1987-09-02 1987-09-02 燃料電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62217845A JPH0650640B2 (ja) 1987-09-02 1987-09-02 燃料電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6463272A JPS6463272A (en) 1989-03-09
JPH0650640B2 true JPH0650640B2 (ja) 1994-06-29

Family

ID=16710661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62217845A Expired - Fee Related JPH0650640B2 (ja) 1987-09-02 1987-09-02 燃料電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0650640B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018209441A1 (de) * 2018-06-13 2019-12-19 Audi Ag Brennstoffzellenplatte

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3906673B2 (ja) * 2001-11-15 2007-04-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池及びその組付方法
CN101400985A (zh) 2006-01-13 2009-04-01 爱科来株式会社 具有遮光机构的分析装置
JP5706376B2 (ja) 2011-09-27 2015-04-22 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ
DE102014206682A1 (de) * 2014-04-07 2015-10-08 Volkswagen Aktiengesellschaft Bipolarplatte und Brennstoffzelle
CN104681824B (zh) * 2015-02-07 2017-10-10 中北大学 甲醇燃料电池阳极流场板

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6210867A (ja) * 1985-07-05 1987-01-19 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池用セパレ−タ
JPH0650639B2 (ja) * 1987-03-23 1994-06-29 株式会社日立製作所 燃料電池

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018209441A1 (de) * 2018-06-13 2019-12-19 Audi Ag Brennstoffzellenplatte
US11749812B2 (en) 2018-06-13 2023-09-05 Volkswagen Ag Fuel cell plate

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6463272A (en) 1989-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9905880B2 (en) Fuel cell stack
JP3530054B2 (ja) 燃料電池
JP4857723B2 (ja) 燃料電池
US20060204807A1 (en) Fuel cell
CN101253645A (zh) 燃料电池用气体隔板和燃料电池
CA2374542A1 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell stack
US10714780B2 (en) Separator having a plurality of riblet elements connected by a plurality of connecting bars, and fuel cell stack comprising the same
US20010019793A1 (en) Fuel cell, and collector plate thereof
JP2005174648A (ja) 燃料電池
JP4560992B2 (ja) 燃料電池のマニホールド
JPH0650640B2 (ja) 燃料電池
CA2390573C (en) Separator for a fuel cell
JP2006012466A (ja) 燃料電池
US20110123898A1 (en) Fuel cell
JP2003132911A (ja) 燃料電池
KR102147109B1 (ko) 고분자 전해질막 연료전지의 분리판
KR102666114B1 (ko) 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택
JP5137460B2 (ja) 燃料電池
CN107681174A (zh) 燃料电池双极板流场结构
JPS6223434B2 (ja)
KR102017486B1 (ko) 가이드 패턴을 포함하는 연료전지용 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택
JP4432291B2 (ja) 燃料電池
JPS63236265A (ja) 燃料電池
US10522848B2 (en) Separating plate and fuel cell stack including same
US11404705B2 (en) Bipolar plate of polymer electrolyte membrane fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees