JPH0782874B2 - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPH0782874B2
JPH0782874B2 JP1175640A JP17564089A JPH0782874B2 JP H0782874 B2 JPH0782874 B2 JP H0782874B2 JP 1175640 A JP1175640 A JP 1175640A JP 17564089 A JP17564089 A JP 17564089A JP H0782874 B2 JPH0782874 B2 JP H0782874B2
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cell
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昌治 伊藤
成嘉 小林
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel 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わり、特に、積層電池全体の温度
分布を均一化するに好適な燃料電池に関する。
〔従来の技術〕
従来の燃料電池は特開昭60−290159号公報に記載されて
いるように、単位電池セル内でガスの供給方向を変えた
ような構造となっている。
燃料電池内では電池化学反応による発熱、電気イオン伝
導に伴う発熱などがあり、電池を許容温度範囲内で運転
するためには、これらの発熱による温度上昇を冷却によ
り許容値内に保たなければならない。冷却方法として
は、積層電池の間に冷却板を設ける方法と、酸化剤ガス
を発電に必要な流量よりも多く供給し、酸化剤として利
用すると同時に冷却ガスとしても使用するプロセスガス
冷却とがある。冷却板方式では、積層電池全体を冷却す
るためには、その数も増加することになり、電池高さが
増加することになる。また、空冷、水冷の何れの場合で
も、専用配管が必要となり、構造が複雑化するという問
題もある。
プロセスガス冷却方式の場合は、酸化剤ガスの流量を電
池許容温度以下に保つのに必要なだけ供給しなければな
らない。この場合、酸化剤ガス供給の補機動力が増える
ばかりでなく、発電効率の低下を招くという問題があ
る。
このため、前記記載の従来の燃料電池は、単位電池に供
給するガスのフローパターンを変えることにより、電池
内の温度分布を変化させ、電池全体の温度分布均一化を
図る方法について記載されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、積層電池全体の温度分布均一化の点に
ついて配慮されておらず、セル内のガス流路隔壁のシー
ル方法については、従来のウエットシール方法が設けら
れることになり、この場合、シール効果を達成するに
は、隔壁の幅が大きくなり、セル全体の温度分布が不均
一となる問題がある。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、積層電池
全体の温度分布が一様になることを可能とした燃料電池
を提供することを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは、電池内へのガスフローパターンを単位電
池間で変えることにより、各単位電池が各々異なった温
度分布となり、これを積層することにより電池全体の温
度分布を均一化することができることを見出し、この新
知見に基づいて、さらに研究を重ねた結果、本発明を完
成したものである。
本発明の燃料電池は、電解質板とそれを両側から挟むア
ノード電極及びカソード電極からなる単位電池をセパレ
ータ板を介して複数積層し、積層された電解質板及びセ
パレータ板の周縁部分に積層方向に貫通して燃料ガスの
内部供給用マニホールド及び内部排出用マニホールド並
びに酸化剤ガスの内部供給用マニホールド及び内部排出
用マニホールドを設け、セパレータ板に設けた流路によ
って燃料ガスの内部供給用マニホールドから各単位電池
のアノード電極を介して燃料ガスの内部排出用マニホー
ルドへ到る燃料ガス流路と、酸化剤ガスの内部供給用マ
ニホールドから各単位電池のカソード電極を介して酸化
剤ガスの内部排出用マニホールドへ到る酸化剤ガス流路
を設定する燃料電池において、燃料ガスの内部供給用マ
ニホールドを燃料電池の第1の側面及びそれに対向する
第3の側面の左右いずれか一方の側に、燃料ガスの内部
排出用マニホールドを第1の側面及び第3の側面の残り
の側に、第1の側面の内部供給用マニホールドと第3の
側面の内部排出用マニホールドが対角線方向に位置し、
第3の側面の内部供給用マニホールドと第1の側面の内
部排出用マニホールドが対角線方向に位置するように設
け、酸化剤ガスの内部供給用マニホールドを燃料電池の
第2の側面及びそれに対向する第4の側面の左右いずれ
か一方の側に、酸化剤ガスの内部排出用マニホールドを
第2の側面及び第4の側面の残りの側に、第2の側面の
内部供給用マニホールドと第4の側面の内部排出用マニ
ホールドが対角線方向に位置し、第4の側面の内部供給
用マニホールドと第2の側面の内部排出用マニホールド
が対角線方向に位置するように設け、各単位電池内の燃
料ガス及び酸化剤ガスの流れは直交流であり、かつ第1
の側面及び第2の側面の内部供給用マニホールドから反
応ガスを供給されている単位電池の上に隣接する単位電
池は第2の側面及び第3の側面の内部供給用マニホール
ドから反応ガスを供給され、その上に隣接する単位電池
は第3の側面と第4の側面の内部供給用マニホールドか
ら反応ガスを供給され、その上に隣接する単位電池は第
4の側面及び第1の側面の内部供給用マニホールドから
反応ガスを供給され、その上に隣接する単位電池は第1
の側面及び第2の側面の内部供給用マニホールドから反
応ガスを供給されるように、各セパレータ板による燃料
ガス流路及び酸化剤ガス流路が設定されていることを特
徴とする。
〔作 用〕
燃料電池を構成している、積層された個々の単位電池に
供給する燃料ガスあるいは酸化剤ガスのフローパターン
を前記単位電池間で変化させることにより、各セルは温
度分布が変化し、積層電池全体として温度分布の均一化
を達成することができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を添付図面により説明する。第1
図および第2図には本発明の一実施例が示されている。
第1図に示されているように積層電池1の下端には外部
から電池1へ、あるいは電池1から外部へガスを給排気
するためのヘッダー2があり、このヘッダー2には酸化
剤ガス3の給排気管4,5と燃料ガス6の給排気管7,8が取
り付けられている。ヘッダー2の上には電解質板9とセ
パレータ板10とが交互に積層され、一つの積層電池が構
成されている。
外部から供給された燃料、酸化剤ガス6,3はヘッダー2
内のプレナムへ流入し、そこから各ガスの内部供給用マ
ニホールド11,13へ流入し、各単位電池へ分配される。
そして、各単位電池内で電気化学反応によって発電した
後、燃料ガスと生成ガスとの混合ガス17と残った酸化剤
ガス16とは再度内部排出用マニホールド12,14へ流入
し、ヘッダー2内のプレナムに入った後、排気管により
電池外へ流出する。マニホールド11,12,13,14から電池
外へのガス洩れ、および燃料ガス6と酸化剤ガス3との
相互洩れ込みはセパレータ板10のシール面15と電解質板
9とのウエットシールにより防止され、このシール効果
を確実なものにするため電池全体は面圧2から5kg/cm2
で締め付けられている。
このように構成された燃料電池で本実施例のガスフロー
パターンを第2図により説明する。第2図はヘッダー2
とその上部の積層電池のセパレータ10を図示したもので
ある。図示のように、ヘッダー2の上部は酸化剤ガス3
が矢印の方向に流れており、その上のNo.1セルでは、ヘ
ッダー2とは逆方向で酸化剤ガス3が流れている。ま
た、No.2セルNo.3セルの裏面を流れる燃料ガス6も相互
に逆方向の流れとなっている。このように、酸化剤ガス
3及び燃料ガス6を、交互に逆方向に流すことにより、
積層電池全体の温度分布を一様になり、温度分布が一様
となる燃料電池を得ることができる。
これを、セパレータ内の温度分布について説明すると、
第3図は酸化剤ガス、燃料ガスが一方向に流れる従来型
の燃料電池である。図のように、酸化剤ガス3、燃料ガ
ス6は上下のヘッダー2A,2に各入一方向からに流入し、
電池内を流れた後、排出管5,8から電池外へ流出する。
このような直交流型ガスフローパターンの温度分布を第
4図に示す。本図はセパレータ板の温度分析結果であ
る。図のように、燃料ガスの入口側、酸化剤ガスの出口
側に高温部が発生する。これを本発明の実施例について
考えると、第5図に示すように、本発明では、酸化剤ガ
ス、燃料ガスの流れ方向が異なる4種類のフローパター
ンが考えられ、何れも直交流型のガスフローで、各々の
単位電池では図示の位置に高温部が発生する。これを順
次積層することにより、隣接する単位電池間の熱交換に
より相互の温度差が小さくなり、積層電池全体として温
度分布の一様化が図られる。
以上のように、本実施例によれば、積層電池全体の温度
分布一様化が可能となり、性能、寿命、信頼性の優れた
燃料電池を得ることができる。
〔発明の効果〕
上述のように、本発明によれば積層電池全体の温度分布
が一様となり、電池温度分布の一様化を可能とした燃料
電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の燃料電池の一実施例の電池積層状態を
示す斜視図、第2図は同じく一実施例のガス流れを示す
斜視図、第3図は酸化剤ガス、燃料ガスが各々一方向か
ら流入する従来型燃料電池の積層状態を示す斜視図、第
4図は酸化剤ガスと燃料ガスとが直交した場合の単位電
池内の温度分布図、第5図は第2図のガス流れによる電
池内の高温部発生を示す説明図。 1……積層電池、3……酸化剤ガス、6……燃料ガス、
9……電解質板、10……セパレータ板、11,13……内部
供給用マニホールド、12,14……内部排出用マニホール
ド。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電解質板とそれを両側から挟むアノード電
    極及びカソード電極からなる単位電池をセパレータ板を
    介して複数積層し、積層された電解質板及びセパレータ
    板の周縁部分に積層方向に貫通して燃料ガスの内部供給
    用マニホールド及び内部排出用マニホールド並びに酸化
    剤ガスの内部供給用マニホールド及び内部排出用マニホ
    ールドを設け、前記セパレータ板に設けた流路によって
    前記燃料ガスの内部供給用マニホールドから各単位電池
    のアノード電極を介して前記燃料ガスの内部排出用マニ
    ホールドへ到る燃料ガス流路と、前記酸化剤ガスの内部
    供給用マニホールドから各単位電池のカソード電極を介
    して前記酸化剤ガスの内部排出用マニホールドへ到る酸
    化剤ガス流路を設定する燃料電池において、 前記燃料ガスの内部供給用マニホールドを燃料電池の第
    1の側面及びそれに対向する第3の側面の左右いずれか
    一方の側に、前記燃料ガスの内部排出用マニホールドを
    第1の側面及び第3の側面の残りの側に、第1の側面の
    内部供給用マニホールドと第3の側面の内部排出用マニ
    ホールドが対角線方向に位置し、第3の側面の内部供給
    用マニホールドと第1の側面の内部排出用マニホールド
    が対角線方向に位置するように設け、 前記酸化剤ガスの内部供給用マニホールドを燃料電池の
    第2の側面及びそれに対向する第4の側面の左右いずれ
    か一方の側に、前記酸化剤ガスの内部排出用マニホール
    ドを前記第2の側面及び第4の側面の残りの側に、第2
    の側面の内部供給用マニホールドと第4の側面の内部排
    出用マニホールドが対角線方向に位置し、第4の側面の
    内部供給用マニホールドと第2の側面の内部排出用マニ
    ホールドが対角線方向に位置するように設け、 各単位電池内の燃料ガス及び酸化剤ガスの流れは直交流
    であり、かつ第1の側面及び第2の側面の内部供給用マ
    ニホールドから反応ガスを供給されている単位電池の上
    に隣接する単位電池は第2の側面及び第3の側面の内部
    供給用マニホールドから反応ガスを供給され、その上に
    隣接する単位電池は第3の側面と第4の側面の内部供給
    用マニホールドから反応ガスを供給され、その上に隣接
    する単位電池は第4の側面及び第1の側面の内部供給用
    マニホールドから反応ガスを供給され、その上に隣接す
    る単位電池は第1の側面及び第2の側面の内部供給用マ
    ニホールドから反応ガスを供給されるように、各セパレ
    ータ板による燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路が設定さ
    れていることを特徴とする燃料電池。
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