JPH0746613B2 - 燃料電池のガス流路 - Google Patents
燃料電池のガス流路Info
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- JPH0746613B2 JPH0746613B2 JP61201448A JP20144886A JPH0746613B2 JP H0746613 B2 JPH0746613 B2 JP H0746613B2 JP 61201448 A JP61201448 A JP 61201448A JP 20144886 A JP20144886 A JP 20144886A JP H0746613 B2 JPH0746613 B2 JP H0746613B2
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- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
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- 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
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池に係り、特に、新規な反応ガスを電池
全域にわたり供給するのに好適なセパレータ流路に関す
る。
全域にわたり供給するのに好適なセパレータ流路に関す
る。
従来、電池内の出力、温度分布とガス濃度との関係につ
いては、ジヤーナル．オブ．エレクトロケミカル．ソサ
エテイ.130,1（1983）第48頁から第55頁（J.Eiectroche
m.Soc.Vol.130,No.1,（1983）PP48-55）において、論じ
られている。しかし、燃料ガス、酸化剤ガスが電池入口
から出口へ流れる電池構造では、電気化学反応に伴い、
ガス濃度の低下、発生熱によるガス温度上昇があり、電
池内の入口、出口間に大きな出力、温度差を生じ、その
結果、性能面からは効率の低下、信頼性、寿命面からは
熱応力の増加、電解質損失量の増加などによる信頼性、
寿命の低下をまねくという問題点が考慮されていなかつ
た。
いては、ジヤーナル．オブ．エレクトロケミカル．ソサ
エテイ.130,1（1983）第48頁から第55頁（J.Eiectroche
m.Soc.Vol.130,No.1,（1983）PP48-55）において、論じ
られている。しかし、燃料ガス、酸化剤ガスが電池入口
から出口へ流れる電池構造では、電気化学反応に伴い、
ガス濃度の低下、発生熱によるガス温度上昇があり、電
池内の入口、出口間に大きな出力、温度差を生じ、その
結果、性能面からは効率の低下、信頼性、寿命面からは
熱応力の増加、電解質損失量の増加などによる信頼性、
寿命の低下をまねくという問題点が考慮されていなかつ
た。
上記従来技術は電池内を流れる燃料、酸化剤ガスの濃度
不均一、ガス温度上昇について、ガス流路構造に関して
の考慮がされておらず、電池入口、出口間に生じる大き
な電流密度、温度差に伴う性能、信頼性、及び寿命の低
下という問題があつた。
不均一、ガス温度上昇について、ガス流路構造に関して
の考慮がされておらず、電池入口、出口間に生じる大き
な電流密度、温度差に伴う性能、信頼性、及び寿命の低
下という問題があつた。
本発明の目的は、電池内を流れる燃料ガス、酸化剤ガス
の濃度分布を均一にし、かつ、電池温度分布をも一様に
することにより、高性能、高信頼性及び長寿命な燃料電
池のセパレータ流路を提供することにある。
の濃度分布を均一にし、かつ、電池温度分布をも一様に
することにより、高性能、高信頼性及び長寿命な燃料電
池のセパレータ流路を提供することにある。
本発明は、電解質板と、前記電解質板を両側から挟むア
ノード電極、カソード電極と、該各々の電極と接して燃
料、酸化剤ガスが流れるガス流路部と、前記燃料、酸化
剤ガス流路を分離するセパレータ板と、前記部材を収納
する電池容器とからなる燃料電池において、前記ガス流
路部に凹凸をもつ薄板により２つのガス流路を分離形成
させ、そのうち一つの流路はその中を流れるガスが電極
面と直接接触し、他方の流路では、該ガス流路内を流れ
るガスは電極とは直接接触せず、前記凸板の前記電極面
と接する部分に所定の幅の複数の開口部を備え、該開口
部を介して電極と接触することを特徴とする。
ノード電極、カソード電極と、該各々の電極と接して燃
料、酸化剤ガスが流れるガス流路部と、前記燃料、酸化
剤ガス流路を分離するセパレータ板と、前記部材を収納
する電池容器とからなる燃料電池において、前記ガス流
路部に凹凸をもつ薄板により２つのガス流路を分離形成
させ、そのうち一つの流路はその中を流れるガスが電極
面と直接接触し、他方の流路では、該ガス流路内を流れ
るガスは電極とは直接接触せず、前記凸板の前記電極面
と接する部分に所定の幅の複数の開口部を備え、該開口
部を介して電極と接触することを特徴とする。
また、前記開口部は前記薄板を前記薄板の肉厚以上の深
さで削り取られて形成され、前記他方の流路はその出口
部を閉塞し、前記ガスが電極面と直接接触する流路はそ
の入口部を閉塞することを特徴とする。上記目的は、燃
料ガスと酸化剤ガスを分離する分離板と電極との間にガ
ス流路形成と集電手段を兼ね備えた波形薄板を構成する
とともに、波板と電極とが接触する凸部のみをガス流れ
方向に複数個、また、任意の幅、任意の深さでグライデ
イングカツト、エンドミルにより削り取ることにより達
成される。さらには、波形薄板により電極とガスが直接
接触する流路と、直接接触しない流路とが形成される
が、入口側の波板端部では電極と直接接触する流路の端
部を閉塞させ、出口側では、電極と直接接触しない流路
の端部を閉塞すると上記目的はより効果的に達成され
る。
さで削り取られて形成され、前記他方の流路はその出口
部を閉塞し、前記ガスが電極面と直接接触する流路はそ
の入口部を閉塞することを特徴とする。上記目的は、燃
料ガスと酸化剤ガスを分離する分離板と電極との間にガ
ス流路形成と集電手段を兼ね備えた波形薄板を構成する
とともに、波板と電極とが接触する凸部のみをガス流れ
方向に複数個、また、任意の幅、任意の深さでグライデ
イングカツト、エンドミルにより削り取ることにより達
成される。さらには、波形薄板により電極とガスが直接
接触する流路と、直接接触しない流路とが形成される
が、入口側の波板端部では電極と直接接触する流路の端
部を閉塞させ、出口側では、電極と直接接触しない流路
の端部を閉塞すると上記目的はより効果的に達成され
る。
上記波形薄板の一方の凸部を複数個ある大きさをもつて
流れ方向に削り取り、その加工された波板凸部側を電極
面と接触させることにより、電極と波板凸部側壁との間
に、加工を施した数だけの開口部が形成されることにな
る。このため、開口部は電極面と接する形となり、複数
個の開口部を通つて反応ガスが電極面直上を流れること
により、電池全域にわたり入口反応ガス濃度にほぼ等し
いガス組成をもつ反応ガスが電極面上を流れることによ
り、電気出力分布を一様にし、高出力化が図れる。本現
象はガス利用率の高い燃料側でより有効に働く。
流れ方向に削り取り、その加工された波板凸部側を電極
面と接触させることにより、電極と波板凸部側壁との間
に、加工を施した数だけの開口部が形成されることにな
る。このため、開口部は電極面と接する形となり、複数
個の開口部を通つて反応ガスが電極面直上を流れること
により、電池全域にわたり入口反応ガス濃度にほぼ等し
いガス組成をもつ反応ガスが電極面上を流れることによ
り、電気出力分布を一様にし、高出力化が図れる。本現
象はガス利用率の高い燃料側でより有効に働く。
また、燃料電池の寿命、信頼性は電池温度に密接に関係
し、特に電解質の損失量を抑制するためには、最高温度
を極力低くすることが要求されている。複数個の開口部
のピツチ、削り深さ、削り幅を調節するという単純な加
工行程により、電池温度の高くなりそうな部分に反応後
のプロセスガスよりは温度の低い供給ガスをより多く供
給することができ、最高温度が低下し、温度差も小さく
なる。これにより同時に熱応力も低減でき、信頼性の向
上が図れる。なお、電池内の流量分布の調節を容易にす
るため、上記波板により形成される二つの流路部のう
ち、電極面と反応ガスが直接接触する、いわゆる、反応
流路についてはその入口部を閉塞させ、また、もう一方
の、電極面とはガスが直接接しない流路は反応ガス供給
ヘツダとしての役割を果たすため、出口部を閉塞するこ
とにより、供給ヘツダに入つた反応ガスは、開口部を通
つて反応流路内へ強制的に流入することとなる。この結
果、セル全域に開口部の異なる大きさ、ピツチ等の分布
を与えることにより流量分布のコントロールが可能とな
る。
し、特に電解質の損失量を抑制するためには、最高温度
を極力低くすることが要求されている。複数個の開口部
のピツチ、削り深さ、削り幅を調節するという単純な加
工行程により、電池温度の高くなりそうな部分に反応後
のプロセスガスよりは温度の低い供給ガスをより多く供
給することができ、最高温度が低下し、温度差も小さく
なる。これにより同時に熱応力も低減でき、信頼性の向
上が図れる。なお、電池内の流量分布の調節を容易にす
るため、上記波板により形成される二つの流路部のう
ち、電極面と反応ガスが直接接触する、いわゆる、反応
流路についてはその入口部を閉塞させ、また、もう一方
の、電極面とはガスが直接接しない流路は反応ガス供給
ヘツダとしての役割を果たすため、出口部を閉塞するこ
とにより、供給ヘツダに入つた反応ガスは、開口部を通
つて反応流路内へ強制的に流入することとなる。この結
果、セル全域に開口部の異なる大きさ、ピツチ等の分布
を与えることにより流量分布のコントロールが可能とな
る。
以下、本発明の一実施例を第１図から第７図を用いて説
明する。
明する。
第１図は本発明による電極とセパレータの間に構成され
る波形薄板の矢視図である。ステンレス，銅，ニツケル
などの薄板をプレスで波形に成形した波形薄板１の電極
側と接する凸部２に第２図に示すように、グラインダ10
によりその上部を削り取ることにより幅Ｗ、深さｈの開
口部３を波形薄板１の全体に任意の数だけ設ける。な
お、凸部２の加工に関してはグラインダ及びエンドミル
の削り幅や深さを調節することにより、任意の幅W,深さ
ｈの開口部３を任意のピツチＬで複数個非常に簡単に分
布させることができる。第３図は波形薄板を内部マンホ
ールド形、直交流タイプのセパレータ４に組み入れたと
きの平面図である。また、第４図，第５図はそれぞれそ
のときのIV-IV,V−Ｖ矢視断面図を示す。波形薄体１は
開口部３がセパレータ４と反対側を向くように設置され
る。なお、セパレータ４と波形薄板１は接合面９でニツ
ケルロー付、拡散接合により接合される。さて、入口マ
ニホールド６を通つてセルに流入した反応ガス20は波形
１の凹部８と側壁11-aで形成される流路14を流れる。な
お、波板１の内壁11-bで囲まれる流路15には波板のプレ
ス加工により同時に成形される流路閉塞部13により反応
ガス20は入口部16を介しては流入しない。また、流路14
に入つたガス20は出口マニホールド７からは閉塞部13と
同様に形成される流路閉塞部12により出口部17を介して
流出することはできず流路14に流入したガスは全て開口
部３を介して流出することになる。
る波形薄板の矢視図である。ステンレス，銅，ニツケル
などの薄板をプレスで波形に成形した波形薄板１の電極
側と接する凸部２に第２図に示すように、グラインダ10
によりその上部を削り取ることにより幅Ｗ、深さｈの開
口部３を波形薄板１の全体に任意の数だけ設ける。な
お、凸部２の加工に関してはグラインダ及びエンドミル
の削り幅や深さを調節することにより、任意の幅W,深さ
ｈの開口部３を任意のピツチＬで複数個非常に簡単に分
布させることができる。第３図は波形薄板を内部マンホ
ールド形、直交流タイプのセパレータ４に組み入れたと
きの平面図である。また、第４図，第５図はそれぞれそ
のときのIV-IV,V−Ｖ矢視断面図を示す。波形薄体１は
開口部３がセパレータ４と反対側を向くように設置され
る。なお、セパレータ４と波形薄板１は接合面９でニツ
ケルロー付、拡散接合により接合される。さて、入口マ
ニホールド６を通つてセルに流入した反応ガス20は波形
１の凹部８と側壁11-aで形成される流路14を流れる。な
お、波板１の内壁11-bで囲まれる流路15には波板のプレ
ス加工により同時に成形される流路閉塞部13により反応
ガス20は入口部16を介しては流入しない。また、流路14
に入つたガス20は出口マニホールド７からは閉塞部13と
同様に形成される流路閉塞部12により出口部17を介して
流出することはできず流路14に流入したガスは全て開口
部３を介して流出することになる。
次に、第６図，第７図に示す、電池を構成したときの電
極近傍の拡大断面図を用いて、本発明の効果を説明す
る。流路14を流れる反応ガスは流れの進行方向に設けら
れた開口部３を通つて流入する。セル全体に反応ガスを
開口部３を介して流すために流路14の流路面積に比し
て、開口部３の面積は相当小さくなつており、また、削
り深さｈをできるだけ小さくして反応ガスができる限り
電極表面５の近くを流れるようになつている。このた
め、電極表面上では反応ガス濃度がその流路内の平均濃
度に比べて高くなり入口ガス組成に近づく。この結果、
電池全体の電気出力が向上することになる。また、電流
密度も均一化の方向に向う。また、第３図に示すよう
に、セル内の領域Ｂに比べて領域Ａの電池温度が高いと
き、この高温部の温度を下げることが必要となるが、こ
の高温領域Ａには開口部のピッチＬを短かくしたりある
いはこの領域の開口部面積が大きくなるように削り幅Ｗ
を領域Ｂとは異なるパターンにすることにより流量分布
のコントロールが可能となり、領域Ａに他の領域よりも
多くの冷却用ガスを流すことが可能となる。その結果、
温度の均一化、また、最高温度を極力低く抑えることが
できる。
極近傍の拡大断面図を用いて、本発明の効果を説明す
る。流路14を流れる反応ガスは流れの進行方向に設けら
れた開口部３を通つて流入する。セル全体に反応ガスを
開口部３を介して流すために流路14の流路面積に比し
て、開口部３の面積は相当小さくなつており、また、削
り深さｈをできるだけ小さくして反応ガスができる限り
電極表面５の近くを流れるようになつている。このた
め、電極表面上では反応ガス濃度がその流路内の平均濃
度に比べて高くなり入口ガス組成に近づく。この結果、
電池全体の電気出力が向上することになる。また、電流
密度も均一化の方向に向う。また、第３図に示すよう
に、セル内の領域Ｂに比べて領域Ａの電池温度が高いと
き、この高温部の温度を下げることが必要となるが、こ
の高温領域Ａには開口部のピッチＬを短かくしたりある
いはこの領域の開口部面積が大きくなるように削り幅Ｗ
を領域Ｂとは異なるパターンにすることにより流量分布
のコントロールが可能となり、領域Ａに他の領域よりも
多くの冷却用ガスを流すことが可能となる。その結果、
温度の均一化、また、最高温度を極力低く抑えることが
できる。
本発明によれば、燃料電池のガス分散性、電極面上の反
応ガスの高濃度化、流量分布のコントロールがより確実
なものとなり、電池の性能、寿命、信頼性向上の効果が
ある。
応ガスの高濃度化、流量分布のコントロールがより確実
なものとなり、電池の性能、寿命、信頼性向上の効果が
ある。
第１図は本発明の一実施例の波形薄板の斜視図、第２図
はその成形法の概略図、第３図は電池セパレータの平面
図、第４図，第５図はそれぞれ第３図のIV-IV線、Ｖ−
Ｖ線断面図、第６図，第７図は電池の単極部の拡大断面
図である。 １……波形薄板、２……波形凸部、３……開口部、４…
…セパレータ、５……電極、６……入口マニホールド、
７……出口マニホールド、11-a……波板側壁、11-b……
波板内壁、14……供給ヘツダー、15……反応流路。
はその成形法の概略図、第３図は電池セパレータの平面
図、第４図，第５図はそれぞれ第３図のIV-IV線、Ｖ−
Ｖ線断面図、第６図，第７図は電池の単極部の拡大断面
図である。 １……波形薄板、２……波形凸部、３……開口部、４…
…セパレータ、５……電極、６……入口マニホールド、
７……出口マニホールド、11-a……波板側壁、11-b……
波板内壁、14……供給ヘツダー、15……反応流路。
Claims (2)
- 【請求項１】電解質板と、前記電解質板を両側から挟む
アノード電極、カソード電極と、該各々の電極と接して
燃料、酸化剤ガスが流れるガス流路部と、前記燃料、酸
化剤ガス流路を分離するセパレータ板と、前記部材を収
納する電池容器とからなる燃料電池において、前記ガス
流路部に凹凸をもつ薄板により２つのガス流路を分離形
成させ、そのうち一つの流路はその中を流れるガスが電
極面と直接接触し、他方の流路では、該ガス流路内を流
れるガスは電極とは直接接触せず、前記薄板の前記電極
面と接する部分に所定の幅の複数の開口部を備え、該開
口部を介して電極と接触することを特徴とする燃料電
池。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項の燃料電池におい
て、前記開口部は前記薄板を前記薄板の肉厚以上の深さ
で削り取られて形成され、前記他方の流路はその出口部
を閉塞し、前記ガスが電極面と直接接触する流路はその
入口部を閉塞することを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61201448A JPH0746613B2 (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 燃料電池のガス流路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61201448A JPH0746613B2 (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 燃料電池のガス流路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6358769A JPS6358769A (ja) | 1988-03-14 |
| JPH0746613B2 true JPH0746613B2 (ja) | 1995-05-17 |
Family
ID=16441253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61201448A Expired - Lifetime JPH0746613B2 (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 燃料電池のガス流路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0746613B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006324084A (ja) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0440968A1 (de) * | 1990-02-08 | 1991-08-14 | Asea Brown Boveri Ag | Vorrichtung zur Erzielung einer möglichst gleichmässigen Temperaturverteilung auf der Oberfläche einer plattenförmigen keramischen Hochtemperatur-Brennstoffzelle |
| JP4019554B2 (ja) | 1998-08-03 | 2007-12-12 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池セパレータ用多連凹凸板の製造方法 |
| US6376117B1 (en) | 2000-07-18 | 2002-04-23 | Sofco L.P. | Internal fuel staging for improved fuel cell performance |
| JP5470232B2 (ja) * | 2010-12-08 | 2014-04-16 | 本田技研工業株式会社 | 平板型固体電解質燃料電池 |
| EP2876715B1 (en) | 2012-07-17 | 2020-05-06 | Toyota Shatai Kabushiki Kaisya | Fuel cell |
| DE102015225536A1 (de) * | 2015-12-17 | 2017-06-22 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte |
| JP6614070B2 (ja) * | 2016-09-02 | 2019-12-04 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池及び燃料電池用セパレータ |
| DE102017212846A1 (de) | 2017-07-26 | 2019-01-31 | Robert Bosch Gmbh | Verteilerstruktur zum Bereitstellen mindestens eines Reaktionsgases |
| JP2021009809A (ja) * | 2019-07-01 | 2021-01-28 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池 |
-
1986
- 1986-08-29 JP JP61201448A patent/JPH0746613B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006324084A (ja) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6358769A (ja) | 1988-03-14 |
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