JPH0665062B2 - 燃料電池用セパレ−タ - Google Patents

燃料電池用セパレ−タ

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JPH0665062B2
JPH0665062B2 JP61195401A JP19540186A JPH0665062B2 JP H0665062 B2 JPH0665062 B2 JP H0665062B2 JP 61195401 A JP61195401 A JP 61195401A JP 19540186 A JP19540186 A JP 19540186A JP H0665062 B2 JPH0665062 B2 JP H0665062B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池のセパレータに関するものである。
〔従来技術〕
積層構造を有し燃料ガスと酸化剤ガスとが直交して流れ
る直交型の燃料電池は、基本的には第5図に示すように
構成されている。図において、炭酸リチウムや炭酸カリ
ウム等の炭酸塩を多孔質に浸み込ませてなる電解質板1
を、アノード2及びカソード3によって挟持し、アノー
ド2側には主にHガスなどの燃料ガス4を、またカソ
ード3側にはCOを含んだ空気などの酸化剤ガス5を
供給することにより、アノード2側で燃料ガス4中の水
素と電解質中の炭酸イオンとが H+CO 2−→HO+CO+2e で示す反応をし、カソード3側では酸化剤ガス5中の酸
素と二酸化炭素、さらにアノード2側で発生した電子と
が反応して、 1/2O+CO+2e→CO 2− となる。
炭酸イオンの良導体である電解質板1をカソード3とア
ノード2で挟持して、カソード3とアノード2との間に
発生する電位差により発電が行われる。また前記カソー
ド3、電解質板1及びアノード2とを1組として、集電
子板を兼ねたセパレータ6を介して多層にすることによ
り、高電圧の発電が可能となるようになっている。
一般にセパレータ6は、燃料ガス4及び酸化剤ガス5を
流すために、ガス流路溝7を表裏表面にそれぞれ直交す
るように加工されている。しかし第6図に示すように内
部マニホールド方式のセパレータ6は、1枚の板にガス
流路溝7、マニホールド8,9,10,11を機械加工
により形成する方法がとられているため、加工コストが
高くまた薄型化が困難で電池の積層高さが高くなるとい
う問題があった。この問題を解決するため、実開昭60-1
18872号公報及び特開昭55-12699号公報によって開示さ
れたように、波形隔離板と称する薄板を塑性加工してガ
ス流路溝を形成したセパレータが提案されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術のうち実開昭60-118872号公報に示された
ものは、ガス流路溝を平行に形成した構造のものであ
り、直交するガス流路溝を有する構造については配慮さ
れておらず適用できない問題点があった。一方特開昭55
-12699号公報に示されたものは、ガス流路溝は直交して
形成されているが、第7図に示すように燃料ガス4及び
酸化剤ガス5が波板12、13の表面側流路溝7a及び
裏面側流路溝7bの両方に流れる。この時表面側流路溝
7aに流れた燃料ガス4及び、酸化剤ガス5は隣接して
設けられた電極2または3と接して反応を起こし有効に
働くが、裏面側ガス流路溝7bに流れ込んだガスはアノ
ード2またはカソード3との接触がないため、反応には
寄与せず無駄となり実質的に電池性能を低下されたこと
になる。このため裏面側ガス流路溝7bにガスの流入を
防止するために、例えば第8図に示すように裏面側ガス
流路溝7bにピン16などを挿入しガス流路を閉止した
り、または第9図に示すように波板12,13に多数の
ガス流路孔17を設け、裏面側ガス流路溝7bに流れた
ガスがガス流路孔15を通って表面側ガス流路溝7aに
流れるようにした構造が提案されている。しかしこれら
の構造ではコスト高となり、しかもガス効率が落ちると
いう問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、簡単な
構造で効率よくガスを流すことができる燃料電池用セパ
レータを提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上記の目的を達成するために、ガス供給及び排
気用マニホールドの一部にそれぞれ開口部を具備し、か
つこれらの開口部を燃料ガス側と酸化剤ガス側とがそれ
ぞれ表裏面に分離して形成された外枠と、周縁部に平坦
面が形成された中央部に複数個の平行な凸部でガス流路
溝が形成された2枚の波板とによりセパレータを構成
し、かつこれらの2枚の波板を前記ガス流路溝が互いに
直交しかつ外側に突出するように固着したものである。
〔作用〕
上記の構成によると、2枚の波板の周縁部の平坦面が固
着されているので、波板を通過するガスが波板の裏面に
流れることを防止することができ、ガスが波板と電極と
に囲まれた空間を効率よく反応しながら通過するので、
簡単な構造で安価なセパレータにより電池性能を向上さ
せることができる。
〔実施例〕
以下、本発明に係る燃料電池用セパレータの一実施例を
図面を参照して説明する。
第1図乃至第4図に本発明の一実施例を示す。このらの
図において、第5図乃至第7図に示す従来と同一または
同等部分には同一符号を付して示し、説明を省略する。
本実施例のセパレータ6は外枠6aと波板12、13と
から構成されている。外枠6aの中央部は波板12、1
3の外形寸法と同一寸法にくり抜かれており、かつ外枠
6aの外形寸法はマニホールド8、9、10、11が形
成可能で、波板12、13の表面を流れる燃料ガス及び
酸化剤ガス外部に漏洩することを防止できるだけの巾を
有するウェットシール6bを確保できるように決定され
ている。また外枠6aに設けられたマニホールド8乃至
11には、外枠6aの内側に通ずる開口部8a,9a,
10a,11a(但し11aは図示せず)が形成されて
いる。この外枠6aに嵌合される波板12、13にはガ
ス流路溝7を形成するための凹凸が形成されている。波
板12、13は一般的に形状寸法を同一としておき、そ
れぞれの波板12、13に形成されるガス流路溝7が相
互に直交し、波板12、13の凹面を対抗して貼り合わ
せることができるようになっている。また波板12、1
3の外周部に平坦面12a、13aが形成されている。
第2図にはセパレータ6の組立て断面図を示す。外枠6
aの内側6cに波板12、13を真空ロー付、電子ビー
ム溶接、マイクロプラズマ溶接などの高精度の接着手段
によって固着する。また波板12、13の相互間の固着
面は真空ロー付けにより完全に全面固着させる。このこ
とは燃料電池の発電時の波板12、13の接触抵抗を小
さくする上で非常に重要である。またこのとき外枠6a
の内側面6cに通ずる開口部8a、9a、10a、11
aのそれぞれの底部、すなわち開口部底部8b、9b、
10b、11b(但し10a、10b、11a、11b
は図示せず)と波板12、13の平面12c、13c
(但し13cは10b、11bと同一面となるため図示
せず)とが同一面になるように固着する。このことは燃
料ガス4や酸化剤ガス5の流れの抵抗を少なくする上で
重要である。
第3図及び第4図に本実施例によるセパレータ6を用い
た積層電池の構造を示す。セパレータ6に組み込まれた
波板12、13の上面と下面にはそれぞれカソード3及
びアノード2が取付けられている。これらのカソード3
及びアノード2の間に電解質板1を挟み、これらを順次
積層する。積層された最上段及び最下段にはガスの取入
れ口が形成された上端板14及び下端板15が設けられ
ている。この上端板14には波板13が、下端板15に
は波板12がそれぞれ取付けられている。さらに上端板
14にはガス供給管14a、14b、ガス排気管14
c、14dが、下端板15にはガス供給管15a、15
b、ガス排気管15c、15dがそれぞれ設けられてい
る。そしてガス供給管14a、15aと14b、15
b、ガス排気管14c、15cと14d、15dとはそ
れぞれ角度で90度ずれた位置に設けられている。
次に本実施例の作用を説明する。ガス供給管14a、1
5aを通して燃料ガス4が第3図における左側から供給
され、ガス供給管14b、15bを通して酸化剤ガス5
が第4図における左側から供給される。この燃料ガス4
は上端板14、下端板15及びセパレータ6に加工され
たマニホールド8を通り波板12とアノード2とに囲ま
れた空間を反応しながら流れ、マニホールド9を通って
ガス排気管14c、15cを通って排気される。一方酸
化剤ガス5は端板及びセパレータ6に加工されたマニホ
ールド10を通り、波板13とカソード3とに囲まれた
空間を反応しながら流れ、マニホールド11を通って排
気管14d、15dから排気される。以上の構成によっ
て電池の発電が可能となる。
本実施例によれば、内側マニホールド型のセパレータ6
の波板12、13の周囲に形成された平坦な面と電極
2、3とによって形成された空間を燃料ガス4と酸化剤
ガス5が流れるので、波板13の裏面にガスが流れるこ
とを防止でき、効率よくガスを流すことができ、燃料電
池の積層高さを低くして高電圧の発電が可能となる。
なお、本発明は上記実施例にのみ限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え
ることはできる。
〔発明の効果〕
上述したように本発明によれば、2枚の波板の周縁部に
平坦面を設け内側に複数本のガス流路溝を設けて、平坦
面を介して2枚の波板を密着固着するようにしたので、
波板の裏面にガスが流れることを防止でき、ガスが電極
と効率よく反応して電池の効率を向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る燃料電池用セパレータの一実施例
を示す分解斜視図、第2図は第1図の組立断面図、第3
図は第1図に示すセパレータを使用した積層燃料電池を
示す組立断面図、第4図は第3図のA−A線断面図、第
5図は積層燃料電池の概略構成を示す斜視図、第6図は
第2図の斜視図、第7図及び第8図は従来のセパレータ
を示す断面図、第9図は別の従来のセパレータを示す斜
視図である。 1……電解質板、2……アノード、3……カソード、4
……燃料ガス、5……酸化剤ガス、6……セパレータ、
6a……外枠、7……ガス流路溝、8,9,10,11
……マニホールド、8a,9a,10a,11a……開
口部、12,13……波板、12a,13a……平坦面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川田 陽一 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60−151972(JP,A) 特開 昭57−105974(JP,A) 実開 昭60−118872(JP,U)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電解質を保持する電解質板を挟持して対向
    する一対の電極(アノード及びカソード)を備えた単位
    電池と、燃料ガス流路溝及び酸化剤ガス流路溝を有する
    セパレータと、該電解質板と該セパレータを貫通する電
    池本体外部から燃料ガス及び酸化剤ガスを該ガス流路溝
    に導入するマニホールドを備え、該単位電池を該セパレ
    ータを介して複数個積層してなる燃料電池において、該
    セパレータは、該マニホールドの該ガス流路溝に面した
    側の一側面にガス供給のための開口部を備え、該開口部
    に対向する側面に排気開口部を具備し、かつこれらの開
    口部を燃料ガス側及び酸化剤ガス側とが、それぞれ表面
    上で90度方向を変えて対峙するように配置し、さらに
    該燃料ガス側及び該酸化剤ガス側とがそれぞれ表裏面に
    分離して形成された外枠を有し、周辺部に平坦面が形成
    され中央部に複数の平行な凸部により形成されたガス流
    路溝とを有する2枚の波板を該ガス流路溝が互いに直交
    するように、該凸部と反対面の同士を固着し、かつ該波
    板の外周縁と該外枠の内周縁とを固着したものであるこ
    とを特徴とする燃料電池。
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