JPH07249420A - 燃料電池 - Google Patents
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- JPH07249420A JPH07249420A JP6041646A JP4164694A JPH07249420A JP H07249420 A JPH07249420 A JP H07249420A JP 6041646 A JP6041646 A JP 6041646A JP 4164694 A JP4164694 A JP 4164694A JP H07249420 A JPH07249420 A JP H07249420A
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- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
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- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
- H01M8/2485—Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack
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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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】電極面での局所的な電流密度の集中や温度上昇
を生じる要因を排除し、長時間安定した運転のできる燃
料電池を得る。 【構成】セパレータ１の一方の平面に設けた凹部に燃料
ガスの流路となる溝２を持つアノード基材３にアノード
触媒層４を形成したアノードを組み込み、他方の面に設
けた凹部に同じく空気の流路となる溝を持つカソード基
材６にカソード触媒層７を形成したカソードを組み込ん
で電池ユニットを構成する。さらに、セパレータ１の両
端に燃料ガス入口９と燃料ガス出口１０を交互に設け、
一端の燃料ガス入口９より他端の燃料ガス出口１０へと
燃料ガスを通流し、互いに平行で独立した流れとし、か
つ隣接した流路の流れを対向流とする。同様に、空気入
口１１と空気出口１２をセパレータ１の両端に交互に設
けて空気を通流し、互いに平行で独立した流れとし、か
つ隣接した流路の流れを対向流とする。
を生じる要因を排除し、長時間安定した運転のできる燃
料電池を得る。 【構成】セパレータ１の一方の平面に設けた凹部に燃料
ガスの流路となる溝２を持つアノード基材３にアノード
触媒層４を形成したアノードを組み込み、他方の面に設
けた凹部に同じく空気の流路となる溝を持つカソード基
材６にカソード触媒層７を形成したカソードを組み込ん
で電池ユニットを構成する。さらに、セパレータ１の両
端に燃料ガス入口９と燃料ガス出口１０を交互に設け、
一端の燃料ガス入口９より他端の燃料ガス出口１０へと
燃料ガスを通流し、互いに平行で独立した流れとし、か
つ隣接した流路の流れを対向流とする。同様に、空気入
口１１と空気出口１２をセパレータ１の両端に交互に設
けて空気を通流し、互いに平行で独立した流れとし、か
つ隣接した流路の流れを対向流とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、燃料電池のガス供給
構造に関する。
構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】積層型の燃料電池は、電解質層をアノー
ドとカソードで挟持し、アノードへ燃料ガス（水素）
を、またカソードへ空気（酸素）を供給し発電させるも
ので、アノード（燃料電極）では、
ドとカソードで挟持し、アノードへ燃料ガス（水素）
を、またカソードへ空気（酸素）を供給し発電させるも
ので、アノード（燃料電極）では、
【０００３】
【化１】Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋ ２ｅ- カソード（空気電極）では、
【０００４】
【化２】1/2 Ｏ2 ＋ ２Ｈ+ ＋ ２ｅ- → Ｈ2 Ｏ の反応が起こり、全体としては、
【０００５】
【化３】Ｈ2 ＋ 1/2 Ｏ2 → Ｈ2 Ｏ の反応が生じることとなる。したがって、外部より燃料
ガスと空気を供給し続ける限り発電を続けることができ
る。図６は、積層型の燃料電池の代表的な従来例とし
て、リン酸型燃料電池の単位ユニットを示したもので、
図６(a) は平面の断面模式図、図６(b) は図６(a) のＥ
−Ｅ’断面を示す断面模式図である。この単位ユニット
を複数個順次積層することによりリン酸型燃料電池が形
成される。
ガスと空気を供給し続ける限り発電を続けることができ
る。図６は、積層型の燃料電池の代表的な従来例とし
て、リン酸型燃料電池の単位ユニットを示したもので、
図６(a) は平面の断面模式図、図６(b) は図６(a) のＥ
−Ｅ’断面を示す断面模式図である。この単位ユニット
を複数個順次積層することによりリン酸型燃料電池が形
成される。
【０００６】図に見られるように、セパレータ１Ａの一
方の平面に設けられた凹部に、燃料ガスの流路となる複
数の溝２が設けられたアノード基材３とアノード触媒層
４とが一体化されて組み込まれており、さらにアノード
触媒層４に接して電解質層８が配置されている。セパレ
ータ１Ａの他の平面に設けられた凹部には、空気の流路
となる複数の溝５が設けられたカソード基材６とカソー
ド触媒層７とが一体化されて組み込まれている。
方の平面に設けられた凹部に、燃料ガスの流路となる複
数の溝２が設けられたアノード基材３とアノード触媒層
４とが一体化されて組み込まれており、さらにアノード
触媒層４に接して電解質層８が配置されている。セパレ
ータ１Ａの他の平面に設けられた凹部には、空気の流路
となる複数の溝５が設けられたカソード基材６とカソー
ド触媒層７とが一体化されて組み込まれている。
【０００７】積層型の燃料電池における燃料ガスと空気
の通流方式としては、燃料ガスの流れ方向と空気の流れ
方向が直交する直交流方式、燃料ガスと空気が平行に同
一向きに流れる平行方式、さらに、燃料ガスと空気が平
行で、かつ逆向きに流れる対向流方式があるが、上記例
では直交流方式が例示されている。すなわち、セパレー
タ１Ａの各端面には、外部マニホールド１３がシール１
４を介して取り付けられており、図６(a) に見られるよ
うに、燃料ガスは、紙面下方の外部マニホールド１３に
設けられた燃料ガス入口９から供給され、前記のアノー
ド基材３の複数の溝２の中を分散して流れ、紙面上方の
外部マニホールド１３の燃料ガス出口１０から排出され
る。一方、空気は紙面右方の外部マニホールド１３に設
けられた空気入口１１から供給され、カソード基材６の
複数の溝５の中を、燃料ガスの流れと直交する方向に分
散して流れ、紙面左方の外部マニホールド１３の空気出
口１２から排出される。
の通流方式としては、燃料ガスの流れ方向と空気の流れ
方向が直交する直交流方式、燃料ガスと空気が平行に同
一向きに流れる平行方式、さらに、燃料ガスと空気が平
行で、かつ逆向きに流れる対向流方式があるが、上記例
では直交流方式が例示されている。すなわち、セパレー
タ１Ａの各端面には、外部マニホールド１３がシール１
４を介して取り付けられており、図６(a) に見られるよ
うに、燃料ガスは、紙面下方の外部マニホールド１３に
設けられた燃料ガス入口９から供給され、前記のアノー
ド基材３の複数の溝２の中を分散して流れ、紙面上方の
外部マニホールド１３の燃料ガス出口１０から排出され
る。一方、空気は紙面右方の外部マニホールド１３に設
けられた空気入口１１から供給され、カソード基材６の
複数の溝５の中を、燃料ガスの流れと直交する方向に分
散して流れ、紙面左方の外部マニホールド１３の空気出
口１２から排出される。
【０００８】本構成の単位ユニットを順次積層させれ
ば、電解質層８がアノード触媒層４とカソード触媒層７
とに挟持される構成となり、燃料ガスと空気を流すこと
により電池反応を起こすこととなる。
ば、電解質層８がアノード触媒層４とカソード触媒層７
とに挟持される構成となり、燃料ガスと空気を流すこと
により電池反応を起こすこととなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記の構成の燃料電池
は、単純な構成により燃料ガス及び空気を分散して流
し、発電できるという利点があり、この種の構成が広く
利用されている。しかしながら、この種の構成の燃料電
池においても、 (1) 燃料ガス及び空気は、流れ方向に沿って徐々に消費
されて行くため、燃料ガス中の水素濃度、空気中の酸素
濃度は、下流側ほど低くなる。
は、単純な構成により燃料ガス及び空気を分散して流
し、発電できるという利点があり、この種の構成が広く
利用されている。しかしながら、この種の構成の燃料電
池においても、 (1) 燃料ガス及び空気は、流れ方向に沿って徐々に消費
されて行くため、燃料ガス中の水素濃度、空気中の酸素
濃度は、下流側ほど低くなる。
【００１０】(2) アノード基材３の溝２を流れる燃料ガ
ス、及びカソード基材６の溝５を流れる空気が、必ずし
も複数の溝に均等に分散せず、偏りを生ずる。が主因と
なって、同一アノード内に於いても、また同一カソード
内に於いても、場所により反応ガスの濃度に変化が起こ
る。したがって、これに伴って、各電極面内での電流密
度が連続的に変化する。例えば、上記のような直交流方
式のガス流路の場合には、燃料ガス入口部分で、かつ空
気入口部分が最も電流密度が高く、燃料ガス出口部分
で、かつ空気入口部分が最も電流密度が低くなる。この
現象は、反応ガスの消費割合が高くなるほど、すなわち
利用効率が高くなるほど顕著となり、また各電極の面積
が大きくなるほど顕著となって、ある特定の箇所にかな
り大きな電流集中が起こり、これが原因となって電池の
性能が大きく低下する事態となるという問題点がある。
ス、及びカソード基材６の溝５を流れる空気が、必ずし
も複数の溝に均等に分散せず、偏りを生ずる。が主因と
なって、同一アノード内に於いても、また同一カソード
内に於いても、場所により反応ガスの濃度に変化が起こ
る。したがって、これに伴って、各電極面内での電流密
度が連続的に変化する。例えば、上記のような直交流方
式のガス流路の場合には、燃料ガス入口部分で、かつ空
気入口部分が最も電流密度が高く、燃料ガス出口部分
で、かつ空気入口部分が最も電流密度が低くなる。この
現象は、反応ガスの消費割合が高くなるほど、すなわち
利用効率が高くなるほど顕著となり、また各電極の面積
が大きくなるほど顕著となって、ある特定の箇所にかな
り大きな電流集中が起こり、これが原因となって電池の
性能が大きく低下する事態となるという問題点がある。
【００１１】この問題点は、上記の要因 (1)、(2) から
容易に推測されるように、直交流方式のガス流路の場合
のみならず、平行流方式あるいは対向流方式の場合にお
いても同様に生じる問題点である。この発明の目的は、
大面積の電池で、しかも反応ガスの利用効率の高いもの
にあっても、各電極面内の特定箇所に大きな電流集中を
生ずることがなく、長時間にわたって安定した運転がで
きる燃料電池、特にその反応ガス供給構造を提供するこ
とにある。
容易に推測されるように、直交流方式のガス流路の場合
のみならず、平行流方式あるいは対向流方式の場合にお
いても同様に生じる問題点である。この発明の目的は、
大面積の電池で、しかも反応ガスの利用効率の高いもの
にあっても、各電極面内の特定箇所に大きな電流集中を
生ずることがなく、長時間にわたって安定した運転がで
きる燃料電池、特にその反応ガス供給構造を提供するこ
とにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明においては、セパレータの一方の面にア
ノードと電解質層を配し、他の面にカソードを配したユ
ニットを複数個積層してなる燃料電池において、 (1) アノードに供給する燃料ガス及びカソードに供給す
る空気の流路を、それぞれ互いに平行な複数個の独立し
たガス流路により構成する。
めに、この発明においては、セパレータの一方の面にア
ノードと電解質層を配し、他の面にカソードを配したユ
ニットを複数個積層してなる燃料電池において、 (1) アノードに供給する燃料ガス及びカソードに供給す
る空気の流路を、それぞれ互いに平行な複数個の独立し
たガス流路により構成する。
【００１３】(2) さらに、上記の構成において、隣接す
るガス流路を流れるガスが互いに逆向きに流れる対向流
となるようにガス流路を構成する。 (3) あるいは、上記(1) の構成において、同一ガスが隣
接する一対のガス流路を連続して流れる往復ガス流路を
複数個組み合わせて、全体のガス流路を構成し、さらに
往復ガス流路の入口及び出口を一端面に配し、かつ隣接
するガス流路を流れるガスが互いに対向流となるように
するか、あるいは隣接する各往復ガス流路の入口及び出
口を順次二つの端面に配し、かつ往復ガス流路の上流側
流路と下流側流路を交互に配置することとする。
るガス流路を流れるガスが互いに逆向きに流れる対向流
となるようにガス流路を構成する。 (3) あるいは、上記(1) の構成において、同一ガスが隣
接する一対のガス流路を連続して流れる往復ガス流路を
複数個組み合わせて、全体のガス流路を構成し、さらに
往復ガス流路の入口及び出口を一端面に配し、かつ隣接
するガス流路を流れるガスが互いに対向流となるように
するか、あるいは隣接する各往復ガス流路の入口及び出
口を順次二つの端面に配し、かつ往復ガス流路の上流側
流路と下流側流路を交互に配置することとする。
【００１４】
【作用】燃料電池の反応ガスを流すガス流路を、上記
(1) のように、互いに平行な複数個の独立したガス流路
により構成することとしたため、各ガス流路の流量を個
別に制御することができるので、幅広い電極においても
ガス流量の分布を適正化することができ、発電時の局所
的な電流密度の異常上昇を回避するのに有効である。
(1) のように、互いに平行な複数個の独立したガス流路
により構成することとしたため、各ガス流路の流量を個
別に制御することができるので、幅広い電極においても
ガス流量の分布を適正化することができ、発電時の局所
的な電流密度の異常上昇を回避するのに有効である。
【００１５】上記(1) では、電池反応に伴う反応ガスの
消費に伴い、各ガス流路の上流側と下流側では反応ガス
の濃度が異なり、電流密度は上流側で高く、下流側で低
くなる傾向が残るが、上記(2) のように、さらに、隣接
するガス流路を流れるガスが対向流となるようにガス流
路を構成すれば、一方のガス流路で濃度が低くなってい
る部分の隣接部分では濃度が高くなるので、巨視的に見
ると隣接したガス回路間で反応ガスの濃度の減少を合い
補うこととなる。したがって、微視的に見ると電極面内
で電流密度の変動が生じるが、巨視的には、電流密度の
大きな変動や温度の不均一性の発生が防止され、長期に
わたり安定して作動する燃料電池を得ることができる。
消費に伴い、各ガス流路の上流側と下流側では反応ガス
の濃度が異なり、電流密度は上流側で高く、下流側で低
くなる傾向が残るが、上記(2) のように、さらに、隣接
するガス流路を流れるガスが対向流となるようにガス流
路を構成すれば、一方のガス流路で濃度が低くなってい
る部分の隣接部分では濃度が高くなるので、巨視的に見
ると隣接したガス回路間で反応ガスの濃度の減少を合い
補うこととなる。したがって、微視的に見ると電極面内
で電流密度の変動が生じるが、巨視的には、電流密度の
大きな変動や温度の不均一性の発生が防止され、長期に
わたり安定して作動する燃料電池を得ることができる。
【００１６】また、上記(3) のように、同一ガスが一対
のガス流路を連続して流れる往復ガス流路を複数個組み
合わせて全体のガス流路を構成すれば、燃料ガス及び空
気の入口及び出口の数を半減することができる。さらに
この往復ガス流路を、入口及び出口を一方の端面に配置
し、かつ隣接するガス流路を流れるガスが互いに対向流
となるようにすれば、電極面での巨視的な電流密度分
布、温度分布はほぼ上記(2) に近い分布となるので、長
期にわたり安定して作動する燃料電池を得ることができ
る。その上、燃料ガスの入口及び出口、空気の入口及び
出口が、それぞれ燃料電池の一方の端面に集中して配置
されるので、コンパクトで信頼性の高い燃料電池構成が
得られる。また隣接する各往復ガス流路が順次反対側に
ガス入口及び出口を持つように配置し、かつ往復ガス流
路の上流側流路と下流側流路を交互に配すれば、巨視的
には上記(2) による電流密度分布、温度分布に近い分布
を得ることができる。
のガス流路を連続して流れる往復ガス流路を複数個組み
合わせて全体のガス流路を構成すれば、燃料ガス及び空
気の入口及び出口の数を半減することができる。さらに
この往復ガス流路を、入口及び出口を一方の端面に配置
し、かつ隣接するガス流路を流れるガスが互いに対向流
となるようにすれば、電極面での巨視的な電流密度分
布、温度分布はほぼ上記(2) に近い分布となるので、長
期にわたり安定して作動する燃料電池を得ることができ
る。その上、燃料ガスの入口及び出口、空気の入口及び
出口が、それぞれ燃料電池の一方の端面に集中して配置
されるので、コンパクトで信頼性の高い燃料電池構成が
得られる。また隣接する各往復ガス流路が順次反対側に
ガス入口及び出口を持つように配置し、かつ往復ガス流
路の上流側流路と下流側流路を交互に配すれば、巨視的
には上記(2) による電流密度分布、温度分布に近い分布
を得ることができる。
【００１７】
【実施例】以下にこの発明の実施例を図面を用いて説明
する。 （実施例１）図１は、この発明による実施例１の積層型
燃料電池の単位ユニットを示したもので、図１(a) は平
面の断面模式図、図１(b) は図１(a) のＡ−Ａ’断面を
示す断面模式図である。この単位ユニットを複数個順次
積層することにより燃料電池が構成される。
する。 （実施例１）図１は、この発明による実施例１の積層型
燃料電池の単位ユニットを示したもので、図１(a) は平
面の断面模式図、図１(b) は図１(a) のＡ−Ａ’断面を
示す断面模式図である。この単位ユニットを複数個順次
積層することにより燃料電池が構成される。
【００１８】セパレータ１の一方の平面に設けられた８
個の長尺の凹部に、燃料ガスの流路となる複数の溝２が
設けられたアノード基材３とアノード触媒層４とからな
るアノードが組み込まれており、さらにアノード触媒層
４に接して電解質層８が配置されている。セパレータの
他の平面に設けられた、前記の凹部に直交する８個の長
尺の凹部には、空気の流路となる図示されていない溝が
設けられたカソード基材６とカソード触媒層７とからな
るカソードが組み込まれている。
個の長尺の凹部に、燃料ガスの流路となる複数の溝２が
設けられたアノード基材３とアノード触媒層４とからな
るアノードが組み込まれており、さらにアノード触媒層
４に接して電解質層８が配置されている。セパレータの
他の平面に設けられた、前記の凹部に直交する８個の長
尺の凹部には、空気の流路となる図示されていない溝が
設けられたカソード基材６とカソード触媒層７とからな
るカソードが組み込まれている。
【００１９】燃料ガスは、燃料ガス入口９から供給さ
れ、前記のアノード基材３に設けられた複数の溝２の中
を流れ、燃料ガス出口１０から排出される。同様に、空
気は空気入口１１から供給され、カソード基材６の複数
の溝の中を、燃料ガスの流れと直交する向きに流れ、空
気出口１２から排出される。図１(a) において実線の矢
印で表示した如く燃料ガスがアノード基材３の溝２の中
を交互に対向する向きに流れるように、燃料ガス入口９
及び燃料ガス出口１０が交互に配置されている。また同
様に、空気についても点線の矢印で表示した如くカソー
ド基材６の溝の中を交互に対向する向きに流れるよう
に、空気入口１２及び空気出口１３が交互に配置されて
いる。
れ、前記のアノード基材３に設けられた複数の溝２の中
を流れ、燃料ガス出口１０から排出される。同様に、空
気は空気入口１１から供給され、カソード基材６の複数
の溝の中を、燃料ガスの流れと直交する向きに流れ、空
気出口１２から排出される。図１(a) において実線の矢
印で表示した如く燃料ガスがアノード基材３の溝２の中
を交互に対向する向きに流れるように、燃料ガス入口９
及び燃料ガス出口１０が交互に配置されている。また同
様に、空気についても点線の矢印で表示した如くカソー
ド基材６の溝の中を交互に対向する向きに流れるよう
に、空気入口１２及び空気出口１３が交互に配置されて
いる。
【００２０】このように燃料ガス及び空気の流路を構成
すれば、いずれのガスの流路も、平行して配置された独
立の流路からなり、かつ隣接した流路では対向した向き
にガスが流れるので、全体の電極面について巨視的にみ
ると、反応ガスの濃度の偏りが軽減され、電流密度がほ
ぼ均一となり局所的な温度上昇が生じないので、長期に
わたり安定して運転することができる。
すれば、いずれのガスの流路も、平行して配置された独
立の流路からなり、かつ隣接した流路では対向した向き
にガスが流れるので、全体の電極面について巨視的にみ
ると、反応ガスの濃度の偏りが軽減され、電流密度がほ
ぼ均一となり局所的な温度上昇が生じないので、長期に
わたり安定して運転することができる。
【００２１】なお、図示した例においては、アノード基
材３とアノード触媒層４とからなるアノード、及びカソ
ード基材６とカソード触媒層７とからなるカソードがい
ずれも８個に分割されているが、特に８個に限定される
ものではない。また、図示した例においては、アノード
基材３とアノード触媒層４とからなるアノード、及びカ
ソード基材６とカソード触媒層７とからなるカソードが
いずれも分割されてセパレータ１に設けられた長尺の凹
部へ挿入されており、各凹部の間をセパレータ１で隔て
て隣接する流路を気密に保持する構造となっているが、
図２に図示したように、シール１５を順次介在させた複
数個のアノード基材３と１個のアノード触媒層４Ａとを
一体化し、これをセパレータ１に設けられた凹部に組み
込み、前記のシール１５によって隣接する流路を気密に
保持する構造としてもよい。 （実施例２）図３は、この発明による実施例２の積層型
燃料電池の単位ユニットを示したもので、図３(a) は平
面の断面模式図、図３(b) は図３(a) のＢ−Ｂ’断面を
示す断面模式図である。
材３とアノード触媒層４とからなるアノード、及びカソ
ード基材６とカソード触媒層７とからなるカソードがい
ずれも８個に分割されているが、特に８個に限定される
ものではない。また、図示した例においては、アノード
基材３とアノード触媒層４とからなるアノード、及びカ
ソード基材６とカソード触媒層７とからなるカソードが
いずれも分割されてセパレータ１に設けられた長尺の凹
部へ挿入されており、各凹部の間をセパレータ１で隔て
て隣接する流路を気密に保持する構造となっているが、
図２に図示したように、シール１５を順次介在させた複
数個のアノード基材３と１個のアノード触媒層４Ａとを
一体化し、これをセパレータ１に設けられた凹部に組み
込み、前記のシール１５によって隣接する流路を気密に
保持する構造としてもよい。 （実施例２）図３は、この発明による実施例２の積層型
燃料電池の単位ユニットを示したもので、図３(a) は平
面の断面模式図、図３(b) は図３(a) のＢ−Ｂ’断面を
示す断面模式図である。
【００２２】この実施例は、燃料ガス入口９、燃料ガス
出口１０、空気入口１１並びに空気出口１２が、外部マ
ニフォールド１３に形成されている点が実施例１と異な
る。セパレータ１Ａの各端面に、シール１４を介在させ
て気密を保ち外部マニフォールド１３を組み込むことに
より、燃料ガスの流路、空気の流路が形成される。この
実施例は、アノード、カソードの構成、これら電極部で
の反応ガスの流路の構成等の基本構成は実施例１と同一
であり、電流密度の分布、温度分布等の特性も実施例１
とほぼ同等となる。 （実施例３）図４は、この発明による実施例３の積層型
燃料電池の単位ユニットを示したもので、図４(a) は平
面の断面模式図、図４(b) は図４(a) のＣ−Ｃ’断面を
示す断面模式図である。
出口１０、空気入口１１並びに空気出口１２が、外部マ
ニフォールド１３に形成されている点が実施例１と異な
る。セパレータ１Ａの各端面に、シール１４を介在させ
て気密を保ち外部マニフォールド１３を組み込むことに
より、燃料ガスの流路、空気の流路が形成される。この
実施例は、アノード、カソードの構成、これら電極部で
の反応ガスの流路の構成等の基本構成は実施例１と同一
であり、電流密度の分布、温度分布等の特性も実施例１
とほぼ同等となる。 （実施例３）図４は、この発明による実施例３の積層型
燃料電池の単位ユニットを示したもので、図４(a) は平
面の断面模式図、図４(b) は図４(a) のＣ−Ｃ’断面を
示す断面模式図である。
【００２３】この実施例は、同一ガスが隣接する一対の
ガス流路を連続して流れる往復ガス流路を、それぞれ４
対組み合わせて燃料ガスの流路、並びに空気の流路を構
成し、かつ隣接する流路では対向流となるよう配置した
ものである。この往復ガス流路では、一端に設けられた
燃料ガス入口９より供給された燃料ガスは、アノード中
の流路を流れて、他端に設けられたリターンマニフォー
ルド１６に達し、隣接するアノード中の流路を流れて、
燃料ガス入口９に隣接する燃料ガス出口１０より排出さ
れる。空気も同一の構成からなる流路を流れる方式が採
られている。
ガス流路を連続して流れる往復ガス流路を、それぞれ４
対組み合わせて燃料ガスの流路、並びに空気の流路を構
成し、かつ隣接する流路では対向流となるよう配置した
ものである。この往復ガス流路では、一端に設けられた
燃料ガス入口９より供給された燃料ガスは、アノード中
の流路を流れて、他端に設けられたリターンマニフォー
ルド１６に達し、隣接するアノード中の流路を流れて、
燃料ガス入口９に隣接する燃料ガス出口１０より排出さ
れる。空気も同一の構成からなる流路を流れる方式が採
られている。
【００２４】この実施例においても、反応ガスは、平行
でかつ対向して流れる独立に制御されるガス流から構成
されているので、上記の実施例１と同等な特性が得られ
る。さらに、この構成においては、反応ガスの入口、出
口が一方の端面に集中して配置できるので、電池の構成
がコンパクトとなり信頼性が向上する。 （実施例４）図５は、この発明による実施例４の積層型
燃料電池の単位ユニットを示したもので、図５(a) は平
面の断面模式図、図５(b) は図５(a) のＤ−Ｄ’断面を
示す断面模式図である。
でかつ対向して流れる独立に制御されるガス流から構成
されているので、上記の実施例１と同等な特性が得られ
る。さらに、この構成においては、反応ガスの入口、出
口が一方の端面に集中して配置できるので、電池の構成
がコンパクトとなり信頼性が向上する。 （実施例４）図５は、この発明による実施例４の積層型
燃料電池の単位ユニットを示したもので、図５(a) は平
面の断面模式図、図５(b) は図５(a) のＤ−Ｄ’断面を
示す断面模式図である。
【００２５】この実施例は、往復ガス流路を、入口、出
口が順次反対側の端部に位置するように配置し、かつ往
復ガス流路の上流側流路と下流側流路を交互に配置した
点が異なるが、その他は実施例３と同一であり、実施例
３とほぼ同等の効果が得られる。なお、上記の実施例３
及び実施例４は、いずれも反応ガスの入口、出口をセパ
レータ１に設けているが、実施例２に示したように、外
部マニフォールドを用いて、これに反応ガスの入口、出
口を設ける方式としてもよい。
口が順次反対側の端部に位置するように配置し、かつ往
復ガス流路の上流側流路と下流側流路を交互に配置した
点が異なるが、その他は実施例３と同一であり、実施例
３とほぼ同等の効果が得られる。なお、上記の実施例３
及び実施例４は、いずれも反応ガスの入口、出口をセパ
レータ１に設けているが、実施例２に示したように、外
部マニフォールドを用いて、これに反応ガスの入口、出
口を設ける方式としてもよい。
【００２６】また、上記の実施例２、実施例３及び実施
例４は、いずれもアノード及びカソードを８個に分割し
ているが、特に８個に限定されるものではない。また、
上記の実施例２、実施例３及び実施例４は、いずれもア
ノード、及びカソードが分割され、セパレータ１に設け
られた長尺の凹部へ挿入されており、各凹部の間をセパ
レータ１で隔てて隣接する流路を気密に保持する構造と
なっているが、図２に図示した実施例と同様に、シール
部材１５を順次介在させた複数個のアノード基材３と１
個のアノード触媒層４Ａとを一体化し、これをセパレー
タ１に設けられた凹部に組み込み、前記のシール部材１
５によって隣接する流路を気密に保持する構造としても
よい。
例４は、いずれもアノード及びカソードを８個に分割し
ているが、特に８個に限定されるものではない。また、
上記の実施例２、実施例３及び実施例４は、いずれもア
ノード、及びカソードが分割され、セパレータ１に設け
られた長尺の凹部へ挿入されており、各凹部の間をセパ
レータ１で隔てて隣接する流路を気密に保持する構造と
なっているが、図２に図示した実施例と同様に、シール
部材１５を順次介在させた複数個のアノード基材３と１
個のアノード触媒層４Ａとを一体化し、これをセパレー
タ１に設けられた凹部に組み込み、前記のシール部材１
５によって隣接する流路を気密に保持する構造としても
よい。
【００２７】さらに、上述の実施例では、いずれもリン
酸型の燃料電池を例示しているが、この発明はリン酸型
の燃料電池に限るものではなく、固体電解質型の燃料電
池等にも用いられるものである。
酸型の燃料電池を例示しているが、この発明はリン酸型
の燃料電池に限るものではなく、固体電解質型の燃料電
池等にも用いられるものである。
【００２８】
【発明の効果】本発明では、セパレータの一方の面にア
ノードと電解質層を配し、他の面にカソードを配したユ
ニットを複数個積層してなる燃料電池において、アノー
ド及びカソードに供給する反応ガスの流路を、それぞれ
互いに平行な複数個の独立したガス流路により構成し、
さらに隣接するガス流路を流れるガスが互いに逆向きに
流れる対向流となるようにしたので、微視的に見ると電
極面内で電流密度の変動があるが、巨視的に見ると電流
密度の大きな変動や温度の過度な不均一の発生が防止さ
れ、結果的に、例えば局所的なリン酸型燃料電池ではリ
ン酸の飛散や材料の腐食が防止できるようになる等、局
所的な損傷が防止され、これによってセルの性能が安定
し、長期にわたり安定して作動する燃料電池得ることが
できる。
ノードと電解質層を配し、他の面にカソードを配したユ
ニットを複数個積層してなる燃料電池において、アノー
ド及びカソードに供給する反応ガスの流路を、それぞれ
互いに平行な複数個の独立したガス流路により構成し、
さらに隣接するガス流路を流れるガスが互いに逆向きに
流れる対向流となるようにしたので、微視的に見ると電
極面内で電流密度の変動があるが、巨視的に見ると電流
密度の大きな変動や温度の過度な不均一の発生が防止さ
れ、結果的に、例えば局所的なリン酸型燃料電池ではリ
ン酸の飛散や材料の腐食が防止できるようになる等、局
所的な損傷が防止され、これによってセルの性能が安定
し、長期にわたり安定して作動する燃料電池得ることが
できる。
【００２９】図７は、本発明の実施例によるリン酸型の
燃料電池と、従来のリン酸型の燃料電池の電圧の経時変
化を示したものである。図中でイで表示した特性曲線が
実施例１の燃料電池の特性、ロで表示した特性曲線が実
施例２の燃料電池の特性、ハで表示した特性曲線が従来
の燃料電池の特性である。図より明らかなように、従来
の燃料電池に比べて、実施例１、２による燃料電池は長
時間にわたり安定した性能を示している。
燃料電池と、従来のリン酸型の燃料電池の電圧の経時変
化を示したものである。図中でイで表示した特性曲線が
実施例１の燃料電池の特性、ロで表示した特性曲線が実
施例２の燃料電池の特性、ハで表示した特性曲線が従来
の燃料電池の特性である。図より明らかなように、従来
の燃料電池に比べて、実施例１、２による燃料電池は長
時間にわたり安定した性能を示している。
【図１】本発明の実施例１の積層型燃料電池の単位ユニ
ット構成図で、(a) は平面の断面模式図、(b) は(a) の
Ａ−Ａ’断面の断面模式図
ット構成図で、(a) は平面の断面模式図、(b) は(a) の
Ａ−Ａ’断面の断面模式図
【図２】本発明の実施例１の積層型燃料電池の他の構成
例を示すＡ−Ａ’断面の断面模式図
例を示すＡ−Ａ’断面の断面模式図
【図３】本発明の実施例２の積層型燃料電池の単位ユニ
ット構成図で、(a) は平面の断面模式図、(b) は(a) の
Ｂ−Ｂ’断面の断面模式図
ット構成図で、(a) は平面の断面模式図、(b) は(a) の
Ｂ−Ｂ’断面の断面模式図
【図４】本発明の実施例３の積層型燃料電池の単位ユニ
ット構成図で、(a) は平面の断面模式図、(b) は(a) の
Ｃ−Ｃ’断面の断面模式図
ット構成図で、(a) は平面の断面模式図、(b) は(a) の
Ｃ−Ｃ’断面の断面模式図
【図５】本発明の実施例４の積層型燃料電池の単位ユニ
ット構成図で、(a) は平面の断面模式図、(b) は(a) の
Ｄ−Ｄ’断面の断面模式図
ット構成図で、(a) は平面の断面模式図、(b) は(a) の
Ｄ−Ｄ’断面の断面模式図
【図６】従来の積層型燃料電池の単位ユニット構成図
で、(a) は平面の断面模式図、(b) は(a) のＥ−Ｅ’断
面の断面模式図
で、(a) は平面の断面模式図、(b) は(a) のＥ−Ｅ’断
面の断面模式図
【図７】従来の積層型燃料電池と本発明の積層型燃料電
池の電圧の経時変化図
池の電圧の経時変化図
１ セパレータ ２ 溝 ３ アノード基材 ４ アノード触媒層 ５ 溝 ６ カソード基材 ７ カソード触媒層 ８ 電解質層 ９ 燃料ガス入口 １０ 燃料ガス出口 １１ 空気入口 １２ 空気出口 １３ 外部マニフォールド １４ シール １５ シール １６ リターンマニフォールド
Claims (8)
- 【請求項１】セパレータの一方の面にアノードと電解質
層を配し、他の面にカソードを配したユニットを、複数
個積層してなる積層型の燃料電池において、アノード及
びカソードに供給される反応ガスの流路が、それぞれ互
いに平行な複数個の独立したガス流路により構成されて
いることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】請求項１記載の燃料電池において、平行な
複数個の独立したガス流路は、隣接するガス流路を流れ
るガスが互いに対向流となるよう配置されたガス流路で
あることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項３】請求項１記載の燃料電池において、平行な
複数個の独立したガス流路は、ガス入口及びガス出口を
一端面に有する複数個の往復ガス流路よりなり、かつ隣
接するガス流路を流れるガスが互いに対向流となるよう
配置されているガス流路であることを特徴とする燃料電
池。 - 【請求項４】請求項１記載の燃料電池において、平行な
複数個の独立したガス流路は、ガス入口及びガス出口を
二つの端面に順次配してなる複数個の往復ガス流路より
なり、かつ往復ガス流路の上流側流路と下流側流路とを
交互に配置して形成されたガス流路であることを特徴と
する燃料電池。 - 【請求項５】請求項１記載の燃料電池において、平行な
複数個の独立したガス流路へ流れる反応ガスの入口及び
出口がセパレータに設けられていることを特徴とする燃
料電池。 - 【請求項６】請求項１記載の燃料電池において、平行な
複数個の独立したガス流路へ流れる反応ガスの入口及び
出口が、セパレータへシールを介して結合される外部マ
ニフォールドに設けられていることを特徴とする燃料電
池。 - 【請求項７】請求項１記載の燃料電池において、アノー
ド及びカソードは、複数個の独立した電極からなること
を特徴とする燃料電池。 - 【請求項８】請求項１記載の燃料電池において、アノー
ド及びカソードは、シールを順次介在させて配列される
複数個の独立した基材と１個の触媒層とを一体化して形
成されていることを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6041646A JPH07249420A (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6041646A JPH07249420A (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07249420A true JPH07249420A (ja) | 1995-09-26 |
Family
ID=12614113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6041646A Pending JPH07249420A (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07249420A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2833762A1 (fr) * | 2001-12-18 | 2003-06-20 | Sorapec | Structure compacte pour pile a combustible a membrane protonique |
| JP2007294327A (ja) * | 2006-04-27 | 2007-11-08 | Hitachi Ltd | 固体高分子形燃料電池及びセパレータ |
| US8343681B2 (en) | 2007-12-28 | 2013-01-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Bipolar plate and fuel cell stack including the same |
| JP2013037903A (ja) * | 2011-08-08 | 2013-02-21 | Nippon Soken Inc | 燃料電池 |
-
1994
- 1994-03-14 JP JP6041646A patent/JPH07249420A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2833762A1 (fr) * | 2001-12-18 | 2003-06-20 | Sorapec | Structure compacte pour pile a combustible a membrane protonique |
| WO2003052847A3 (fr) * | 2001-12-18 | 2004-01-22 | Sorapec | Collecteur bipolaire pour pile a combustible a membrane protonique |
| JP2007294327A (ja) * | 2006-04-27 | 2007-11-08 | Hitachi Ltd | 固体高分子形燃料電池及びセパレータ |
| US8343681B2 (en) | 2007-12-28 | 2013-01-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Bipolar plate and fuel cell stack including the same |
| JP2013037903A (ja) * | 2011-08-08 | 2013-02-21 | Nippon Soken Inc | 燃料電池 |
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