JPH07192739A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH07192739A JPH07192739A JP5327882A JP32788293A JPH07192739A JP H07192739 A JPH07192739 A JP H07192739A JP 5327882 A JP5327882 A JP 5327882A JP 32788293 A JP32788293 A JP 32788293A JP H07192739 A JPH07192739 A JP H07192739A
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- Japan
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- gas
- gas flow
- flow path
- fuel cell
- passage
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- Y—GENERAL 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
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料電池において、シール等に不具合を生じ
ることなく電極板の各ガス流路にガスを均一に分配する
ことができる燃料電池を提供する。 【構成】 本発明においては、以下の構成を有する。 （１）電池面内の各ガス流路の途中に連通する連絡溝を
設けたことを特徴とする。 （２）電池面内のガス流路を網目状に形成したことを特
徴とする。 （３）電池面内の各ガス流路を流れるガス流量が多い流
路ほど入口に近い部分に隣のガス流路との連絡溝を設け
たことを特徴とする。 （４）電池面内のガス流路の管の長さが異なることを特
徴とする。
ることなく電極板の各ガス流路にガスを均一に分配する
ことができる燃料電池を提供する。 【構成】 本発明においては、以下の構成を有する。 （１）電池面内の各ガス流路の途中に連通する連絡溝を
設けたことを特徴とする。 （２）電池面内のガス流路を網目状に形成したことを特
徴とする。 （３）電池面内の各ガス流路を流れるガス流量が多い流
路ほど入口に近い部分に隣のガス流路との連絡溝を設け
たことを特徴とする。 （４）電池面内のガス流路の管の長さが異なることを特
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、特に電
池本体の改良に関する。
池本体の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、水素等の燃料の有している
エネルギーを、燃料電池内で生じる電気化学反応によ
り、直接電気エネルギーに変換するものであり、上記燃
料と空気等の酸化剤が燃料電池に供給されている限り、
高い変換効率で電気エネルギーを取り出すことができる
ものである。
エネルギーを、燃料電池内で生じる電気化学反応によ
り、直接電気エネルギーに変換するものであり、上記燃
料と空気等の酸化剤が燃料電池に供給されている限り、
高い変換効率で電気エネルギーを取り出すことができる
ものである。
【０００３】燃料電池の一般的なセルスタックの構造を
図９に示す。この燃料電池は、リン酸などの電解質を含
浸させた電解質層２を挟んで、上方に例えば燃料ガス、
下方に例えば酸化剤ガスを流す複数のガス流路４を設け
た一対の電極板１を配置してなる単電池６を複数個積層
して四角柱状のセルスタックを形成し、上記セルスタッ
クの内部の少なくとも一部には冷却水を流通させる複数
本の伝熱管を埋設した冷却板を介挿させた構造である。
尚、図中、３は燃料ガスと酸化剤ガスとが混合するのを
防止するセパレータを示す。
図９に示す。この燃料電池は、リン酸などの電解質を含
浸させた電解質層２を挟んで、上方に例えば燃料ガス、
下方に例えば酸化剤ガスを流す複数のガス流路４を設け
た一対の電極板１を配置してなる単電池６を複数個積層
して四角柱状のセルスタックを形成し、上記セルスタッ
クの内部の少なくとも一部には冷却水を流通させる複数
本の伝熱管を埋設した冷却板を介挿させた構造である。
尚、図中、３は燃料ガスと酸化剤ガスとが混合するのを
防止するセパレータを示す。
【０００４】図10は従来の外部マニホールド式燃料電池
の電極板２をガス流路４側からみた平面図である。一般
に外部マニホールド方式燃料電池とは、セルスタックの
四周の側面のそれぞれ向かい合う箇所に一対のガス供給
用マニホールド７と排出用マニホールド８が取り付けら
れているものをいい、構造は単純であるが、電池壁面で
のガスのシール方法に工夫が必要となる燃料電池であ
る。尚、図中、ガス流路４においては、下方をガス入口
側とし、上方をガス出口側とする。
の電極板２をガス流路４側からみた平面図である。一般
に外部マニホールド方式燃料電池とは、セルスタックの
四周の側面のそれぞれ向かい合う箇所に一対のガス供給
用マニホールド７と排出用マニホールド８が取り付けら
れているものをいい、構造は単純であるが、電池壁面で
のガスのシール方法に工夫が必要となる燃料電池であ
る。尚、図中、ガス流路４においては、下方をガス入口
側とし、上方をガス出口側とする。
【０００５】電池面内においては、温度分布あるいは反
応に伴うガスの組成変化により各ガス流路の圧力損失に
差が生じるため、各ガス流路の流量分布には、例えば、
図12に示すようなばらつきが生じる。図12は、横軸に各
流路、縦軸に平均流量を０とした場合の各流量のばらつ
きを割合で表示したものである。そのため、ガスが均一
にいきわたらず、電池性能が十分発揮されないという課
題がある。その対策の一つとして、オリフィス等を使っ
て各ガス流路の入口または／及び出口の断面積を調節す
ることにより各ガス流路の流量均一化を図ることが考え
られている。図11は各ガス流路の入口を、オリフィス９
を用いて調節した場合の図10のＢ−Ｂ線断面図である。
応に伴うガスの組成変化により各ガス流路の圧力損失に
差が生じるため、各ガス流路の流量分布には、例えば、
図12に示すようなばらつきが生じる。図12は、横軸に各
流路、縦軸に平均流量を０とした場合の各流量のばらつ
きを割合で表示したものである。そのため、ガスが均一
にいきわたらず、電池性能が十分発揮されないという課
題がある。その対策の一つとして、オリフィス等を使っ
て各ガス流路の入口または／及び出口の断面積を調節す
ることにより各ガス流路の流量均一化を図ることが考え
られている。図11は各ガス流路の入口を、オリフィス９
を用いて調節した場合の図10のＢ−Ｂ線断面図である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のガス流路を形成した場合、流路の断面積が小さくな
るため圧力損失が大きくなり、反応に十分なガスを供給
するためには圧力を上げなければならない。ところがガ
スにかける圧力を上げると、シール等に不具合を生じる
という欠点を有する。
来のガス流路を形成した場合、流路の断面積が小さくな
るため圧力損失が大きくなり、反応に十分なガスを供給
するためには圧力を上げなければならない。ところがガ
スにかける圧力を上げると、シール等に不具合を生じる
という欠点を有する。
【０００７】本発明は、上記の事情に鑑み、ガスのシー
ル方法に影響を与えることなく、電極板の各ガス流路に
ガスを均一に分配することができる燃料電池を提供する
ことを目的とする。
ル方法に影響を与えることなく、電極板の各ガス流路に
ガスを均一に分配することができる燃料電池を提供する
ことを目的とする。
【０００８】
【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。 （１）電解質を含浸させた電解質層を挟んで、複数のガ
ス流路を設けた一対の電極板の配置してなる単電池を複
数個積層して四角柱状のセルスタックを形成し、このセ
ルスタックの側面に反応ガスの供給、排出用の流路を形
成するマニホールドを配置し、上記セルスタックの内部
の少なくとも一部に冷却水を流通させる複数本の伝熱管
を埋設した冷却板を介挿させて成る燃料電池において、
電池面内のガス流路の途中に連通する連絡溝を設けたこ
とを特徴とする。
み、以下の構成を有する。 （１）電解質を含浸させた電解質層を挟んで、複数のガ
ス流路を設けた一対の電極板の配置してなる単電池を複
数個積層して四角柱状のセルスタックを形成し、このセ
ルスタックの側面に反応ガスの供給、排出用の流路を形
成するマニホールドを配置し、上記セルスタックの内部
の少なくとも一部に冷却水を流通させる複数本の伝熱管
を埋設した冷却板を介挿させて成る燃料電池において、
電池面内のガス流路の途中に連通する連絡溝を設けたこ
とを特徴とする。
【０００９】（２）上記燃料電池において、ガス流路を
網目状に形成したことを特徴とする。 （３）上記燃料電池において、各ガス流路を流れるガス
流量が多い流路ほど入口に近い部分に隣のガス流路との
連絡溝を設けたことを特徴とする。 （４）上記燃料電池において、ガス流路の管の長さに差
をつけたことを特徴とする。
網目状に形成したことを特徴とする。 （３）上記燃料電池において、各ガス流路を流れるガス
流量が多い流路ほど入口に近い部分に隣のガス流路との
連絡溝を設けたことを特徴とする。 （４）上記燃料電池において、ガス流路の管の長さに差
をつけたことを特徴とする。
【００１０】
【作用】請求項１に記載したガス流路の構成によれば、
連絡溝によって圧力の高い方から低い方へ流れを生じさ
せることにより、各ガス流路間の差圧を低減し、各ガス
流路にガスを均一に分配することができる。この場合、
連通する連絡溝を設けたことによる圧力損失の増分は十
分小さい。また、請求項２に記載したガス流路の構成に
よれば、網目状に構成されたガス流路の各交点で圧力の
高い方から低い方へ流れを生じさせることにより、各ガ
ス流路間の差圧を低減し、各ガス流路にガスを均一に分
配することができる。この場合も、ガス流路を網目状に
構成したことによる圧力損失の増分は十分小さい。請求
項３に記載したガス流路の構成によれば、流量の多いガ
ス流路ほど入口に近い部分に隣のガス流路との連絡溝を
設けることにより流量を分散させることが可能となり、
各ガス流路にガスを均一に分配することができる。この
場合、ガス流路の途中に隣同志を貫く連絡溝を設けたこ
とによる圧力損失の増分は十分小さい。請求項４に記載
したガス流路の構成によれば、流量の少ないところほど
ガス流路の長さを短くすることにより圧力損失の低減を
図り、各流路の圧力損失を均一にし、各ガス流路にガス
を均一に分配することができる。この場合、ガス流路を
長さに差をつけることによる圧力損失の増分はない。
連絡溝によって圧力の高い方から低い方へ流れを生じさ
せることにより、各ガス流路間の差圧を低減し、各ガス
流路にガスを均一に分配することができる。この場合、
連通する連絡溝を設けたことによる圧力損失の増分は十
分小さい。また、請求項２に記載したガス流路の構成に
よれば、網目状に構成されたガス流路の各交点で圧力の
高い方から低い方へ流れを生じさせることにより、各ガ
ス流路間の差圧を低減し、各ガス流路にガスを均一に分
配することができる。この場合も、ガス流路を網目状に
構成したことによる圧力損失の増分は十分小さい。請求
項３に記載したガス流路の構成によれば、流量の多いガ
ス流路ほど入口に近い部分に隣のガス流路との連絡溝を
設けることにより流量を分散させることが可能となり、
各ガス流路にガスを均一に分配することができる。この
場合、ガス流路の途中に隣同志を貫く連絡溝を設けたこ
とによる圧力損失の増分は十分小さい。請求項４に記載
したガス流路の構成によれば、流量の少ないところほど
ガス流路の長さを短くすることにより圧力損失の低減を
図り、各流路の圧力損失を均一にし、各ガス流路にガス
を均一に分配することができる。この場合、ガス流路を
長さに差をつけることによる圧力損失の増分はない。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の第一実施例を示す、電極板１を
ガス流路４側からみた平面図であり、図２は図１のＡ−
Ａ線断面図である。尚、以下の説明において従来と同一
部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
する。図１は、本発明の第一実施例を示す、電極板１を
ガス流路４側からみた平面図であり、図２は図１のＡ−
Ａ線断面図である。尚、以下の説明において従来と同一
部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１２】図１において、電極板の各ガス流路は、途
中に連通した連絡溝を設けた構成になっている。このよ
うに構成されたガス流路に燃料ガス、または、酸化剤ガ
スを流した場合、たとえ各ガス流路の流量分布にばらつ
きが生じたとしても途中の連通した連絡溝において圧力
の高い方から低い方へ流れを生じさせるために、各ガス
流路間の差圧の低減が図られ、再び各ガス流路にガスが
均一に分配されることになる。この場合の連通する連絡
溝を設けたことによる圧力損失の増分は、十分小さい。
尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、その要旨を変更しない範囲で、例えば図３に示すよ
うに連通する連絡溝を複数設けることによっても実施で
きる。
中に連通した連絡溝を設けた構成になっている。このよ
うに構成されたガス流路に燃料ガス、または、酸化剤ガ
スを流した場合、たとえ各ガス流路の流量分布にばらつ
きが生じたとしても途中の連通した連絡溝において圧力
の高い方から低い方へ流れを生じさせるために、各ガス
流路間の差圧の低減が図られ、再び各ガス流路にガスが
均一に分配されることになる。この場合の連通する連絡
溝を設けたことによる圧力損失の増分は、十分小さい。
尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、その要旨を変更しない範囲で、例えば図３に示すよ
うに連通する連絡溝を複数設けることによっても実施で
きる。
【００１３】図４は、本発明の第二実施例を示す、電極
板１をガス流路４側からみた平面図である。図４におい
て、電極板の各ガス流路は、網目状の構成になってい
る。このように構成されたガス流路に燃料ガス、また
は、酸化剤ガスを流した場合、たとえ各ガス流路の流量
分布にばらつきが生じたとしても途中の網目状に構成さ
れたガス流路の各交点において圧力の高い方から低い方
へ流れを生じさせるために、各ガス流路間の差圧の低減
が図られ、再び各ガス流路にガスが均一に分配されるこ
とになる。この場合の網目状のガス流路を構成すること
による圧力損失の増分は、十分小さい。
板１をガス流路４側からみた平面図である。図４におい
て、電極板の各ガス流路は、網目状の構成になってい
る。このように構成されたガス流路に燃料ガス、また
は、酸化剤ガスを流した場合、たとえ各ガス流路の流量
分布にばらつきが生じたとしても途中の網目状に構成さ
れたガス流路の各交点において圧力の高い方から低い方
へ流れを生じさせるために、各ガス流路間の差圧の低減
が図られ、再び各ガス流路にガスが均一に分配されるこ
とになる。この場合の網目状のガス流路を構成すること
による圧力損失の増分は、十分小さい。
【００１４】図５は、例えばガス流路の流量分布に図12
に示すばらつきが生じた場合の、本発明の第三実施例を
示す、電極板１をガス流路４側からみた平面図である。
図５において、電極板の各ガス流路は、流量の多いガス
流路ほど入口に近い部分に隣のガス流路との連絡溝を設
けた構造になっている。このように流量に合わせて連絡
溝が構成されることにより、流量の多い流路は途中で流
量を分散させることが可能となり、各ガス流路にガスを
均一に分配することができる。この場合の隣同志を貫く
連絡溝を構成することによる圧力損失の増分は、十分小
さい。尚、本発明は上述した実施例に限定されるもので
はなく、その要旨を変更しない範囲で、例えば図６に示
すように連絡溝の形状を変更しても実施できる。
に示すばらつきが生じた場合の、本発明の第三実施例を
示す、電極板１をガス流路４側からみた平面図である。
図５において、電極板の各ガス流路は、流量の多いガス
流路ほど入口に近い部分に隣のガス流路との連絡溝を設
けた構造になっている。このように流量に合わせて連絡
溝が構成されることにより、流量の多い流路は途中で流
量を分散させることが可能となり、各ガス流路にガスを
均一に分配することができる。この場合の隣同志を貫く
連絡溝を構成することによる圧力損失の増分は、十分小
さい。尚、本発明は上述した実施例に限定されるもので
はなく、その要旨を変更しない範囲で、例えば図６に示
すように連絡溝の形状を変更しても実施できる。
【００１５】図７は、例えば各ガス流路の流量分布に図
12に示すばらつきが生じた場合の、本発明の第四実施例
を示す、電極板１をガス流路４側からみた平面図であ
る。図７において、電極板の各ガス流路は、流量の少な
いガス流路ほど流路の長さを短くした構造になってい
る。このように流量に合わせて流路の長さを構成するこ
とにより、流量の少ないガス流路すなわち圧力損失の大
きいガス流路の圧力損失を減少させることが可能とな
り、各ガス流路にガスを均一に分配することができる。
この場合のガス流路の長さに差をつけることによる圧力
損失の増分はない。尚、本発明は上述した実施例に限定
されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で、例
えば図８に示すように流路のどの位置で長さを調節して
も実施できる。
12に示すばらつきが生じた場合の、本発明の第四実施例
を示す、電極板１をガス流路４側からみた平面図であ
る。図７において、電極板の各ガス流路は、流量の少な
いガス流路ほど流路の長さを短くした構造になってい
る。このように流量に合わせて流路の長さを構成するこ
とにより、流量の少ないガス流路すなわち圧力損失の大
きいガス流路の圧力損失を減少させることが可能とな
り、各ガス流路にガスを均一に分配することができる。
この場合のガス流路の長さに差をつけることによる圧力
損失の増分はない。尚、本発明は上述した実施例に限定
されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で、例
えば図８に示すように流路のどの位置で長さを調節して
も実施できる。
【００１６】
【発明の効果】以上の本発明によれば、各ガス流路の圧
力損失を均一にすることにより各ガス流路にガスを均一
に分配することができるので電池性能が十分発揮される
という効果を奏する。しかも、ガスにかける圧力を上げ
る必要がないためシール方法に影響を与えることなく電
池特性を向上させることができる。
力損失を均一にすることにより各ガス流路にガスを均一
に分配することができるので電池性能が十分発揮される
という効果を奏する。しかも、ガスにかける圧力を上げ
る必要がないためシール方法に影響を与えることなく電
池特性を向上させることができる。
【図１】本発明の第一実施例による電極板をガス流路側
からみた平面図。
からみた平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】本発明の第一実施例に係る他の実施例による電
極板をガス流路側からみた平面図。
極板をガス流路側からみた平面図。
【図４】本発明の第二実施例による電極板をガス流路側
からみた平面図。
からみた平面図。
【図５】本発明の第三実施例による電極板をガス流路側
からみた平面図。
からみた平面図。
【図６】本発明の第三実施例に係る他の実施例による電
極板をガス流路側からみた平面図。
極板をガス流路側からみた平面図。
【図７】本発明の第四実施例による電極板をガス流路側
からみた平面図。
からみた平面図。
【図８】本発明の第四実施例に係る他の実施例による電
極板をガス流路側からみた平面図。
極板をガス流路側からみた平面図。
【図９】一般的な燃料電池のセルスタックの要部だけを
局部的に取り出して示した図。
局部的に取り出して示した図。
【図１０】従来の電極板をガス流路側からみた平面図。
【図１１】図10のＢ−Ｂ線断面図。
【図１２】従来の電極板の各ガス流路を流れる流量分布
の一例を示した図。但し、横軸に各流路、縦軸に平均流
量を０とした場合の各流量のばらつきを割合で表示し、
図中の矢印は、流れの向きを示す。
の一例を示した図。但し、横軸に各流路、縦軸に平均流
量を０とした場合の各流量のばらつきを割合で表示し、
図中の矢印は、流れの向きを示す。
１…電極板 ２…電解質層 ３…セパレータ ４…ガス流路 ５…冷却板 ６…単電池 ７…供給用マニホールド ８…排出用マニホールド ９…オリフィス
Claims (4)
- 【請求項１】 電解質を含浸させた電解質層を挟んで、
複数のガス流路を設けた一対の電極板の配置してなる単
電池を複数個積層して四角柱状のセルスタックを形成
し、このセルスタックの側面に反応ガスの供給、排出用
の流路を形成するマニホールドを配置し、上記セルスタ
ックの内部の少なくとも一部に冷却水を流通させる複数
本の伝熱管を埋設した冷却板を介挿させて成る燃料電池
において、前記ガス流路の途中に連通する連絡溝を設け
たことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 ガス流路を網目状に形成したことを特徴
とする請求項１記載の燃料電池。 - 【請求項３】 流れるガス流量が多いガス流路ほど入口
に近い部分に隣接するガス流路との連絡溝を設けたこと
を特徴とする請求項１記載の燃料電池。 - 【請求項４】 ガス流路は、異なる管長のものを含むこ
とを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5327882A JPH07192739A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5327882A JPH07192739A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07192739A true JPH07192739A (ja) | 1995-07-28 |
Family
ID=18204036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5327882A Pending JPH07192739A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07192739A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004342617A (ja) * | 2004-06-16 | 2004-12-02 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池車輌の表示装置 |
| JP2007149358A (ja) * | 2005-11-24 | 2007-06-14 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用セパレータ |
| JP2017501545A (ja) * | 2013-12-27 | 2017-01-12 | エルコーゲン オサケユキチュア | 燃料電池又は電解セル内へ反応物を分配するための方法及び構成 |
| WO2019030919A1 (ja) * | 2017-08-10 | 2019-02-14 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池のユニット構造および燃料電池のユニット構造の制御方法 |
| JP2019186119A (ja) * | 2018-04-13 | 2019-10-24 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池スタック |
-
1993
- 1993-12-24 JP JP5327882A patent/JPH07192739A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004342617A (ja) * | 2004-06-16 | 2004-12-02 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池車輌の表示装置 |
| JP2007149358A (ja) * | 2005-11-24 | 2007-06-14 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用セパレータ |
| JP2017501545A (ja) * | 2013-12-27 | 2017-01-12 | エルコーゲン オサケユキチュア | 燃料電池又は電解セル内へ反応物を分配するための方法及び構成 |
| WO2019030919A1 (ja) * | 2017-08-10 | 2019-02-14 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池のユニット構造および燃料電池のユニット構造の制御方法 |
| JPWO2019030919A1 (ja) * | 2017-08-10 | 2020-03-19 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池のユニット構造および燃料電池のユニット構造の制御方法 |
| US11316181B2 (en) | 2017-08-10 | 2022-04-26 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell unit structure and method of controlling fuel cell unit structure |
| JP2019186119A (ja) * | 2018-04-13 | 2019-10-24 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池スタック |
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