JPH0757761A

JPH0757761A - 燃料電池

Info

Publication number: JPH0757761A
Application number: JP5219044A
Authority: JP
Inventors: Masataka Ueno; 正隆上野; Junko Shimizu; 純子清水; Taizo Yamamoto; 泰三山本; Tomoko Sugano; 友子菅野
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Equos Research Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Equos Research Co Ltd
Priority date: 1993-08-10
Filing date: 1993-08-10
Publication date: 1995-03-03

Abstract

(57)【要約】【目的】各単電池の酸化極に対して酸化剤ガスの供給
圧を均一化し、単電池間において性能ムラが発生するこ
とがなく、しかも省スペースである燃料電池を提供す
る。【構成】燃料極、酸化極および電解質を備えた単電池
を複数積層してなる燃料電池セルスタックを有する燃料
電池において、燃料電池セルスタックの酸化極へ酸化剤
ガスを一体的に供給する送風手段１４と、送風手段１４
から供給される酸化剤ガスを各酸化極へ分配する酸化極
マニホールド１２と、該酸化極マニホールド１２内に酸
化剤ガス中に含まれるダストを捕集する集塵フィルター
１６が設けられている。この燃料電池の集塵フィルター
１６を通過した後の酸化剤ガスの動圧は、酸化極マニホ
ールド１２のどの位置においても一定の値となるので、
各単電池の電池性能は一定になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸化剤ガスとして空気
を用いた燃料電池に関し、特に、燃料電池セルスタック
の各単電池に対し空気の供給圧が均一化された燃料電池
に関する。

【０００２】

【従来の技術】大気中には０．０１〜１０μｍ程度のダ
ストが浮遊しており、酸化剤ガスである空気を酸化極へ
供給する場合に、この空気中に含まれるダストが多孔質
電極に目詰まりを引き起こしたり、また、電極の触媒層
に達してＰｔの被毒物質となったり、さらに触媒層にお
いてダストが燃焼して触媒である白金をシンタリングさ
せていた。このような空気中に含まれるダストの不都合
を除去するために、従来、燃料電池の酸化剤ガスの供給
路の途中に、具体的には空気供給用マニホールドの吸込
み口に、集塵フィルターおよびブロワーを接続して設
け、供給される空気中のダストを除去することが、特開
昭６０−５４１７７号公報により提案されていた。

【０００３】図１は、燃料電池の一般的な構成単位を示
す概念図であり、燃料極、電解質、酸化極、燃料極室及
び酸化極室を備えた単電池の構成を示す。１は電解質、
２は電解質１の片側に配置された燃料極、３は電解質１
のもう一方の片側に配置された酸化極である。前記燃料
極２には、集電体４とコレクター５からなる燃料極室６
が接合されており、また前記酸化極３には、集電体７と
コレクター８からなる酸化極室９が接合されている。前
記コレクター５及び８は良導体の材料からなり、燃料ガ
ス又は空気を燃料極２又は酸化極３に導入するための溝
１０が設けられている。

【０００４】前記の単電池は複数積層されて、燃料電池
セルスタックを構成し、さらに燃料電池セルスタックの
一個以上が、各単電池へ空気を分配供給するための酸化
極マニホールドに連結されて燃料電池として用いられて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の燃料電池に
おいては、酸化剤ガスである空気の酸化極室への供給に
エアコンプレッサー、ファンブロワー等の空気発生機を
用いて供給し、その空気の供給路の途中に設けられたフ
ィルターにより、空気中に含まれているダストを除去し
ていたが、このフィルターの設置場所が酸化極マニホー
ルドの外であるために、各単電池が積層されてなる燃料
電池セルスタックにはファンブロワーで発生した加速空
気流が酸化極マニホールドを経由して直接送られる状態
となっていた。このため、酸化極マニホールド内に供給
される空気が、燃料電池セルスタックの各単電池に供給
される時点においては、酸化極マニホールドにおける空
気流路内では圧力勾配が生じていた。

【０００６】すなわち、セルスタックを構成する各単電
池においてファンブロワーから遠い単電池の酸化極ほど
供給される空気流の速さが遅くなり、フィルター通過後
の空気流の持つ動圧も低下していた。そのため各単電池
に対する供給圧が不均一となって、単電池間において性
能ムラが発生するという問題があった。

【０００７】また、前記従来の燃料電池においては、空
気中のダスト除去のためのフィルターは酸化極マニホー
ルド内に存在しておらず、酸化極マニホールド外の酸化
剤ガス供給路の途中に設けられていたので、燃料電池の
全体のシステム構成においてスペースを要していた。

【０００８】そこで本発明は、各単電池の酸化極に対す
る酸化剤ガスの供給圧を均一化し、単電池間において性
能ムラが発生することがなく、しかも省スペースである
燃料電池を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために本発明は、燃料極、酸化極および電解質を備え
た単電池を複数積層してなる燃料電池セルスタックを有
する燃料電池において、前記燃料電池セルスタックの酸
化極へ酸化剤ガスを一体的に供給する送風手段、該送風
手段から供給される酸化剤ガスを各酸化極へ分配する分
配部、及び前記分配部内に酸化剤ガス中に含まれるダス
トを捕集する集塵フィルターを設けたことを特徴とする
燃料電池とするものである。

【００１０】前記送風手段から供給される酸化剤ガスを
各酸化極へ分配する分配部は、燃料電池セルスタックに
設けられたマニホールド構造をなしている。

【００１１】

【作用】本発明においては、酸化剤ガスを各酸化極へ分
配する分配部としての酸化極マニホールド内に、集塵フ
ィルターを設けたので、ファンブロワー、エアコンプレ
ッサー等の酸化剤ガスを供給する送風手段から供給され
る酸化剤ガスは、集塵フィルターを通過し、燃料電池セ
ルスタックの酸化極へ供給される酸化剤ガスの流速は、
集塵フィルターの抵抗により均一化される。この点を図
２に基づき酸化剤ガスに空気を用いた例によりさらに詳
細に説明する。

【００１２】図２は、分配部である酸化極マニホールド
１２内へファンブロワーから導入された空気の、酸化極
マニホールド１２内における流速および流路幅の分布を
図示したものである。

【００１３】説明の都合上、酸化極マニホールド１２内
を単純な２段の階段状速度場で考え、各速度場の幅を、
ｆ、１−ｆとする。酸化極マニホールド１２内のフィル
ターにおける流路断面をＣ、フィルター通過前をＡ、フ
ィルター通過後をＢとする。空気が酸化極マニホールド
１２内の集塵フィルター１６を通過した後では、集塵フ
ィルター１６の抵抗によりファンブロワーにより近い位
置における流速の大きい空気の流れはその流速がＶ_A1か
らＶ_B1（Ｖ_A1＞Ｖ_B1）に流速が下げられ、且つ、流路幅
が広がる。ファンブロワーより遠い位置の流れの流速Ｖ
_A2は、集塵フィルター１６の通過後では、その流路幅が
縮小され、流速Ｖ_A2から流速Ｖ_B2へと大きくなる。

【００１４】上記の理由で、集塵フィルター１６を通過
した後の空気は流速が平均化される（Ｖ_B1≒Ｖ_B2）。と
ころで、空気流による速度場が集塵フィルター１６通過
後に均一化される理論を以下説明する。

【００１５】図２中に示したように、ｆの流路幅を有す
る速度場の断面Ｃ、Ｂにおける速度場の中の増加量をＶ
_C、Ｖ_Bとすると、全ての流路断面で１本の流路内にお
ける質量流量が一定であるから、断面Ａにおいてｆの流
路幅を有する流路Ｆについては、次の式（１）が成立す
る。

【００１６】ｆＶ_A1＝（ｆ＋σ_C）Ｖ_C1＝（ｆ＋σ_B）Ｖ_B1 式（１）（１−ｆ）の流路幅を有する流路Ｆ′については次の式
（２）が成立する。

【００１７】（１−ｆ）Ｖ_A2＝（１−ｆ−σ_C）Ｖ_C2＝（１−ｆ−σ_B）Ｖ_B2 式（２）従って、流路Ｆにおいては、流路幅が拡大されるため
に、Ｖ_A1＞Ｖ_B1となり、逆に流路Ｆ′においては流路幅
が縮小されるために、Ｖ_A2＜Ｖ_B2となる。

【００１８】

【実施例】本実施例１は酸化剤ガスとして空気を用いた
場合の例である。図３は本発明の燃料電池の斜視図であ
る。図３において、１１は燃料電池セルスタックであ
り、１２は燃料電池セルスタック１１の各単電池の酸化
極へ空気を分配供給する手段としての酸化極マニホール
ドである。その酸化極マニホールド１２内には、空気中
のダストを濾過して除去し、整流作用を行なうための集
塵フィルター１６が配置されている。集塵フィルター１
６の材質としては、例えば、フェルトが用いられる。１
４は酸化極マニホールド１２へ空気を供給するためのフ
ァンブロワー、エアコンプレッサー等の送風手段であ
る。

【００１９】このような送風手段１４で空気を加圧して
各単電池の酸化極へ供給することにより、多孔質体より
なる電極（集電体及び反応層）内での空気の通過効率が
上がり、電極内の触媒と空気の接触効率が上がり、さら
に酸化極で生成する水を効率良く排出させることができ
る。また、酸化極マニホールド１２内に集塵フィルター
１６が配置されているので、集塵フィルター１６通過後
の空気流による動圧は均一化される。この集塵フィルタ
ー１６によるガス動圧の抵抗損失は、例えば、０．１〜
２倍とすることができる。

【００２０】１３はメタノール等の燃料を改質して水素
等の改質ガスを生成する改質器である。この改質器１３
は改質されたガスを燃料電池セルスタック１１の燃料極
へ導入するために燃料電池セルスタック１１へ配管で結
ばれている。一方、改質処理に使用された排ガスの管路
は空気供給管１５を加熱するために、空気供給管１５の
周囲に配置されている。

【００２１】図４は、燃料極２−電解質１−酸化極３を
一つのユニットとした単セルの複数積層されてなる燃料
電池セルスタック１１が、空気を分配可能に受け取るこ
とができるように酸化極マニホールド１２に結合されて
いる状態を示している。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、送風手段により分配部
内に供給される酸化剤ガスは、分配部内の集塵フィルタ
ーを通過する際に、この集塵フィルターの抵抗により、
集塵フィルターを通過した酸化剤ガスの動圧は一定に保
たれる。したがって、各単電池には均一な動圧を有する
酸化剤ガスが供給されることになり、各単電池の性能は
均一に発揮されることになる。

【００２３】従来の集塵フィルターを酸化剤ガスの分配
部の外に配置した燃料電池に比較し、本発明では、集塵
フィルターを分配部内に配置しているので、燃料電池全
体として省スペースが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料電池の一般的な構成単位を示す概念図であ
る。

【図２】酸化極マニホールド（分配部）内における空気
の流速および流路幅の分布を示す。

【図３】本発明の燃料電池の斜視図である。

【図４】単セルの複数積層されてなる燃料電池セルスタ
ックが、酸化極マニホールドに結合されている状態を示
す。

【符号の説明】

１電解質２燃料極３酸化極１１燃料電池セルスタック１２酸化極マニホールド１３改質器１４送風手段１５空気供給管１６集塵フィルター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本泰三東京都千代田区外神田２丁目19番12号株式会社エクォス・リサーチ内 (72)発明者菅野友子東京都千代田区外神田２丁目19番12号株式会社エクォス・リサーチ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料極、酸化極および電解質を備えた単
電池を複数積層してなる燃料電池セルスタックを有する
燃料電池において、（１）前記燃料電池セルスタックの酸化極へ酸化剤ガス
を一体的に供給する送風手段、（２）該送風手段から供給される酸化剤ガスを各酸化極
へ分配する分配部、及び、（３）前記分配部内に酸化剤ガス中に含まれるダストを
捕集する集塵フィルターを設けたことを特徴とする燃料
電池。