JPH09289026A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH09289026A JPH09289026A JP8099859A JP9985996A JPH09289026A JP H09289026 A JPH09289026 A JP H09289026A JP 8099859 A JP8099859 A JP 8099859A JP 9985996 A JP9985996 A JP 9985996A JP H09289026 A JPH09289026 A JP H09289026A
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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
- 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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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 発電効率が優れ、かつ、安定した電池性能を
長期に亘って維持可能な電池寿命の長い燃料電池を提供
する。 【解決手段】 単位電池１ａ〜１ｆとガス分離板９ａ〜
９ｅとを交互に積層して、部分積層体１１を構成し、そ
の上下端部に、冷却板１２を配置する。ガス分離板９ａ
〜９ｅの熱伝導特性は、平面方向の熱伝導率が積層方向
の熱伝導率よりも大となっている。このガス分離板９ａ
〜９ｅは、例えば２枚のガス分離板を積み重ねて一体と
して構成されている。
長期に亘って維持可能な電池寿命の長い燃料電池を提供
する。 【解決手段】 単位電池１ａ〜１ｆとガス分離板９ａ〜
９ｅとを交互に積層して、部分積層体１１を構成し、そ
の上下端部に、冷却板１２を配置する。ガス分離板９ａ
〜９ｅの熱伝導特性は、平面方向の熱伝導率が積層方向
の熱伝導率よりも大となっている。このガス分離板９ａ
〜９ｅは、例えば２枚のガス分離板を積み重ねて一体と
して構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池に係り、
特に積層体を構成する複数個の単位電池の温度上昇分布
を均一化して、燃料電池の発電効率を向上するための技
術に関する。
特に積層体を構成する複数個の単位電池の温度上昇分布
を均一化して、燃料電池の発電効率を向上するための技
術に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、燃料の保有する化学エネル
ギーを電気化学プロセスによって酸化させることによ
り、その酸化反応に伴って放出されるエネルギーを直接
電気エネルギーに変換する装置である。この燃料電池
は、通常、電解質を保持するマトリックスを挟んで一対
の多孔質のガス拡散電極を配置すると共に、一方の電極
の背面のガス溝に燃料ガスを流通して接触させ、他方の
電極の背面に酸化剤ガスを流通して接触させて、このと
きに起こる電気化学反応を利用して、上記電極間から電
気エネルギーを連続して取り出すことができるものであ
る。
ギーを電気化学プロセスによって酸化させることによ
り、その酸化反応に伴って放出されるエネルギーを直接
電気エネルギーに変換する装置である。この燃料電池
は、通常、電解質を保持するマトリックスを挟んで一対
の多孔質のガス拡散電極を配置すると共に、一方の電極
の背面のガス溝に燃料ガスを流通して接触させ、他方の
電極の背面に酸化剤ガスを流通して接触させて、このと
きに起こる電気化学反応を利用して、上記電極間から電
気エネルギーを連続して取り出すことができるものであ
る。
【０００３】図５に、この種の燃料電池を構成する単位
電池の例を示す。同図において、単位電池１は、電解質
層２が電極板４ａ，４ｂによって挟まれることにより形
成される。電極板４ａ，４ｂは、多孔質炭素材料からな
り、触媒層３ａ，３ｂをそれぞれ成層担持している。
電池の例を示す。同図において、単位電池１は、電解質
層２が電極板４ａ，４ｂによって挟まれることにより形
成される。電極板４ａ，４ｂは、多孔質炭素材料からな
り、触媒層３ａ，３ｂをそれぞれ成層担持している。
【０００４】また、上記電極板４ａ，４ｂには、溝７
ａ，７ｂが複数本規則的に形成されている。これら溝７
ａ，７ｂは、互いに直交する方向に形成されており、溝
７ａは、電解質層２の一方の面に燃料ガス５を流通し、
溝７ｂは電解質層２の他方の面に酸化剤ガス６を流通す
る。また、この単位電池１が複数個積層されて積層体を
形成する場合は、隣接する単位電池１間にガス分離板９
が介装される。
ａ，７ｂが複数本規則的に形成されている。これら溝７
ａ，７ｂは、互いに直交する方向に形成されており、溝
７ａは、電解質層２の一方の面に燃料ガス５を流通し、
溝７ｂは電解質層２の他方の面に酸化剤ガス６を流通す
る。また、この単位電池１が複数個積層されて積層体を
形成する場合は、隣接する単位電池１間にガス分離板９
が介装される。
【０００５】また、図６に、単位電池１の別の構成例を
示す。同図に示す単位電池１では、図４に示す電極板４
ａ，４ｂに形成されていた溝７ａ，７ｂが、別の多孔質
炭素板に設けられ、溝付き板８ａ，８ｂが形成されてい
る。これら溝付き板８ａ，８ｂは、電極板４ａ，４ｂに
隣接して配置されている。
示す。同図に示す単位電池１では、図４に示す電極板４
ａ，４ｂに形成されていた溝７ａ，７ｂが、別の多孔質
炭素板に設けられ、溝付き板８ａ，８ｂが形成されてい
る。これら溝付き板８ａ，８ｂは、電極板４ａ，４ｂに
隣接して配置されている。
【０００６】図７に、このような単位電池１を複数個用
いて構成された燃料電池の構成例を示す。同図におい
て、積層体１０は、図５もしくは図６に示す単位電池１
と、緻密な炭素質からなるガス分離板９とが交互に積層
されて構成される。ところで、単位電池１は、燃料電池
の運転状態において発熱する。そのため、図７に示すよ
うに、温度上昇制御手段として部分積層体１１が形成さ
れ、この部分積層体１１と、内部に冷却媒体を流通する
手段を有する冷却板１２とが、交互に複数個積層されて
積層体１０が構成されている。
いて構成された燃料電池の構成例を示す。同図におい
て、積層体１０は、図５もしくは図６に示す単位電池１
と、緻密な炭素質からなるガス分離板９とが交互に積層
されて構成される。ところで、単位電池１は、燃料電池
の運転状態において発熱する。そのため、図７に示すよ
うに、温度上昇制御手段として部分積層体１１が形成さ
れ、この部分積層体１１と、内部に冷却媒体を流通する
手段を有する冷却板１２とが、交互に複数個積層されて
積層体１０が構成されている。
【０００７】また、積層体１０の上下端部には端板１４
が配置され、発生する電気エネルギーがこれらの端板１
４から取出されるようになっている。また、積層体１０
の側面には、燃料ガス５を供給及び排出するためのマニ
ホールド１５ａ，１５ｂと、酸化剤ガス６を供給及び排
出するためのマニホールド１６ａ，１６ｂとがガスケッ
ト１７を介して配設される。
が配置され、発生する電気エネルギーがこれらの端板１
４から取出されるようになっている。また、積層体１０
の側面には、燃料ガス５を供給及び排出するためのマニ
ホールド１５ａ，１５ｂと、酸化剤ガス６を供給及び排
出するためのマニホールド１６ａ，１６ｂとがガスケッ
ト１７を介して配設される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】一般に、燃料電池の積
層体１０において、部分積層体１１の内部温度上昇は、
不均一で、かつ三次元的な分布となる。図３に、冷却板
１２に挟まれた部分積層体１１内の単位電池について、
積層方向の温度上昇分布を示す。ここでは、単位電池１
の平面上の中心付近における温度上昇を表している。
層体１０において、部分積層体１１の内部温度上昇は、
不均一で、かつ三次元的な分布となる。図３に、冷却板
１２に挟まれた部分積層体１１内の単位電池について、
積層方向の温度上昇分布を示す。ここでは、単位電池１
の平面上の中心付近における温度上昇を表している。
【０００９】図３において、従来の燃料電池における温
度上昇分布を、Ｂ線によって示す。すなわち、部分積層
体１１の積層方向の端部から中央部に向かって温度が上
昇し、中央部の単位電池１の温度が最も大となってい
る。この最大温度上昇△θB は、部分積層体１１の平均
温度上昇△θM に比べてかなり大きくなっている。例え
ば、積層体１０の定格運転状態で平均温度上昇は１４℃
であるのに対し、最大温度上昇△θB は３２℃となった
場合が確認されている。
度上昇分布を、Ｂ線によって示す。すなわち、部分積層
体１１の積層方向の端部から中央部に向かって温度が上
昇し、中央部の単位電池１の温度が最も大となってい
る。この最大温度上昇△θB は、部分積層体１１の平均
温度上昇△θM に比べてかなり大きくなっている。例え
ば、積層体１０の定格運転状態で平均温度上昇は１４℃
であるのに対し、最大温度上昇△θB は３２℃となった
場合が確認されている。
【００１０】更に、図８に、このような部分積層体１１
の積層方向の中央部に位置する単位電池１について、そ
の同一平面内の温度上昇分布を示す。同図は、上記単位
電池１の温度上昇分布を、等温度上昇線（△θ1 〜△θ
6 ）で表したものである。この図に示すように、単位電
池１の中心付近は、等温度上昇線の間隔が小さくなって
いる。すなわち、この部分は、温度勾配が大きくなって
いる。
の積層方向の中央部に位置する単位電池１について、そ
の同一平面内の温度上昇分布を示す。同図は、上記単位
電池１の温度上昇分布を、等温度上昇線（△θ1 〜△θ
6 ）で表したものである。この図に示すように、単位電
池１の中心付近は、等温度上昇線の間隔が小さくなって
いる。すなわち、この部分は、温度勾配が大きくなって
いる。
【００１１】また、等温度上昇線△θ6 で囲まれた狭い
領域が、他に比べて各段に温度上昇の大きい最大温度上
昇領域となっている。そのため、従来の燃料電池では、
この積層方向の中心部に位置する単位電池１について、
その最大温度上昇領域における温度上昇を、許容温度上
昇以下となるように、冷却板１２に流れる冷却媒体の温
度を設定していた。
領域が、他に比べて各段に温度上昇の大きい最大温度上
昇領域となっている。そのため、従来の燃料電池では、
この積層方向の中心部に位置する単位電池１について、
その最大温度上昇領域における温度上昇を、許容温度上
昇以下となるように、冷却板１２に流れる冷却媒体の温
度を設定していた。
【００１２】すなわち、上述した単位電池１の電気化学
反応は、単位電池１の作動温度が高いほど促進されるた
め、燃料電池の発電効率は基本的に運転温度が高いほど
高くなる。しかしながら、燃料電池の運転温度が一定値
を越えると、電気化学反応を促進する触媒の劣化速度
や、電解質の蒸散速度が急増するため、電池寿命が著し
く短くなる。このため、単位電池１の最大温度上昇は一
定の許容温度上昇値以下に維持されなければならない。
反応は、単位電池１の作動温度が高いほど促進されるた
め、燃料電池の発電効率は基本的に運転温度が高いほど
高くなる。しかしながら、燃料電池の運転温度が一定値
を越えると、電気化学反応を促進する触媒の劣化速度
や、電解質の蒸散速度が急増するため、電池寿命が著し
く短くなる。このため、単位電池１の最大温度上昇は一
定の許容温度上昇値以下に維持されなければならない。
【００１３】このように、部分積層体１１を構成する複
数個の単位電池１間に温度上昇差が生じるため、上記の
ように最大温度上昇領域の温度上昇を許容温度上昇以下
に設定した場合には、部分積層体１１の積層方向上下の
両端部付近の単位電池１を不必要に低い温度上昇で作動
させなければならなかった。すなわち、単位電池１の大
部分については、許容温度上昇よりもはるかに低い温度
上昇で作動させる結果となる。このため、発電効率が低
下するという問題があった。
数個の単位電池１間に温度上昇差が生じるため、上記の
ように最大温度上昇領域の温度上昇を許容温度上昇以下
に設定した場合には、部分積層体１１の積層方向上下の
両端部付近の単位電池１を不必要に低い温度上昇で作動
させなければならなかった。すなわち、単位電池１の大
部分については、許容温度上昇よりもはるかに低い温度
上昇で作動させる結果となる。このため、発電効率が低
下するという問題があった。
【００１４】また、局所的に温度上昇が大である部分に
おいて触媒が劣化し、長期に亘って連続運転した場合に
は、図３に示すＢ線で表されるように電池性能が大きく
低下するという問題があった。
おいて触媒が劣化し、長期に亘って連続運転した場合に
は、図３に示すＢ線で表されるように電池性能が大きく
低下するという問題があった。
【００１５】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
局所的に温度上昇が大である部分を無くすことにより温
度上昇分布を均一化して、部分積層体全体の温度上昇を
許容温度上昇により近い温度上昇に設定することによ
り、発電効率が優れ、安定した電池性能を長期に亘って
維持可能な電池寿命の長い燃料電池を提供することにあ
る。
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
局所的に温度上昇が大である部分を無くすことにより温
度上昇分布を均一化して、部分積層体全体の温度上昇を
許容温度上昇により近い温度上昇に設定することによ
り、発電効率が優れ、安定した電池性能を長期に亘って
維持可能な電池寿命の長い燃料電池を提供することにあ
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明によ
る燃料電池は、触媒が成層塗布された一対の電極を対向
させ、この一対の電極間に電解質層を挟んで単位電池を
形成し、この単位電池の上下両面に反応ガスが流通する
反応ガス流通手段を配設し、ガス分離板を介装し前記単
位電池を複数個積層して部分積層体を形成し、この部分
積層体と冷却板とを交互に複数個積層して積層体を形成
してなる燃料電池において、前記ガス分離板は、その平
面方向の熱伝導率が積層方向の熱伝導率よりも大である
ことを特徴としている。
る燃料電池は、触媒が成層塗布された一対の電極を対向
させ、この一対の電極間に電解質層を挟んで単位電池を
形成し、この単位電池の上下両面に反応ガスが流通する
反応ガス流通手段を配設し、ガス分離板を介装し前記単
位電池を複数個積層して部分積層体を形成し、この部分
積層体と冷却板とを交互に複数個積層して積層体を形成
してなる燃料電池において、前記ガス分離板は、その平
面方向の熱伝導率が積層方向の熱伝導率よりも大である
ことを特徴としている。
【００１７】請求項１記載の発明によれば、以下のよう
な作用が得られる。部分積層体のガス分離板の平面方向
の熱伝導率を積層方向の熱伝導率より大としたことによ
り、単位電池の平面方向の熱伝導を促進させることがで
きる。そのため、熱が平面方向に分散し、局所的に集中
した電気化学反応がさけられる結果、局所的に集中した
発熱も軽減され、単位電池の平面方向の発熱量分布が均
一化される。このように、熱の平面方向の分散と平面方
向の発熱量分布の均一化の相乗効果により、最大温度上
昇領域の温度上昇を低減させて、部分積層体全体の平均
温度上昇に近付けることができる。それによって、積層
体を構成する多数の単位電池の温度上昇分布を均一化す
ることができる。
な作用が得られる。部分積層体のガス分離板の平面方向
の熱伝導率を積層方向の熱伝導率より大としたことによ
り、単位電池の平面方向の熱伝導を促進させることがで
きる。そのため、熱が平面方向に分散し、局所的に集中
した電気化学反応がさけられる結果、局所的に集中した
発熱も軽減され、単位電池の平面方向の発熱量分布が均
一化される。このように、熱の平面方向の分散と平面方
向の発熱量分布の均一化の相乗効果により、最大温度上
昇領域の温度上昇を低減させて、部分積層体全体の平均
温度上昇に近付けることができる。それによって、積層
体を構成する多数の単位電池の温度上昇分布を均一化す
ることができる。
【００１８】従って、部分積層体の積層方向の中央部に
位置する単位電池の最大温度上昇領域を許容温度上昇以
下に設定した場合にも、積層方向の上下両端部付近の単
位電池を不必要に低い温度上昇で作動させることなく、
燃料電池の運転時における温度上昇を許容温度上昇によ
り近付けることができる。これにより、燃料電池の発電
効率を向上させることが可能となる。
位置する単位電池の最大温度上昇領域を許容温度上昇以
下に設定した場合にも、積層方向の上下両端部付近の単
位電池を不必要に低い温度上昇で作動させることなく、
燃料電池の運転時における温度上昇を許容温度上昇によ
り近付けることができる。これにより、燃料電池の発電
効率を向上させることが可能となる。
【００１９】また、局所的に温度上昇が大である部分を
無くすことができるため、触媒の劣化を抑制し、長期に
亘って連続運転した場合にも安定した電池性能を維持す
ることができる。
無くすことができるため、触媒の劣化を抑制し、長期に
亘って連続運転した場合にも安定した電池性能を維持す
ることができる。
【００２０】請求項２記載の発明による燃料電池は、触
媒が成層塗布された一対の電極を対向させ、この一対の
電極間に電解質層を挟んで単位電池を形成し、この単位
電池の上下両面に反応ガスが流通する反応ガス流通手段
を配設し、ガス分離板を介装し前記単位電池を複数個積
層して部分積層体を形成し、この部分積層体と冷却板と
を交互に複数個積層して積層体を形成してなる燃料電池
において、前記部分積層体の積層方向の中央部に位置す
るガス分離板は、その平面方向の熱伝導率が積層方向の
熱伝導率よりも大であることを特徴としている。
媒が成層塗布された一対の電極を対向させ、この一対の
電極間に電解質層を挟んで単位電池を形成し、この単位
電池の上下両面に反応ガスが流通する反応ガス流通手段
を配設し、ガス分離板を介装し前記単位電池を複数個積
層して部分積層体を形成し、この部分積層体と冷却板と
を交互に複数個積層して積層体を形成してなる燃料電池
において、前記部分積層体の積層方向の中央部に位置す
るガス分離板は、その平面方向の熱伝導率が積層方向の
熱伝導率よりも大であることを特徴としている。
【００２１】請求項２記載の発明によれば、以下のよう
な作用が得られる。すなわち、部分積層体内において、
積層方向の中央部が温度上昇が大きい。そのため、積層
体の積層方向の中央部に位置するガス分離板について、
平面方向の熱伝導率を積層方向の熱伝導率より大とする
ことにより、最大温度上層領域の温度上昇を低減し、部
分積層体全体の温度上昇を平均温度上昇に近付けること
ができる。
な作用が得られる。すなわち、部分積層体内において、
積層方向の中央部が温度上昇が大きい。そのため、積層
体の積層方向の中央部に位置するガス分離板について、
平面方向の熱伝導率を積層方向の熱伝導率より大とする
ことにより、最大温度上層領域の温度上昇を低減し、部
分積層体全体の温度上昇を平均温度上昇に近付けること
ができる。
【００２２】請求項３記載の発明による燃料電池は、請
求項１または２記載の発明において、前記ガス分離板
が、複数のガス分離板を積層して一体化してなることを
特徴としている。
求項１または２記載の発明において、前記ガス分離板
が、複数のガス分離板を積層して一体化してなることを
特徴としている。
【００２３】請求項３記載の発明によれば、複数のガス
分離板の接触面において熱抵抗が増加するため、全体と
して等価的に平面方向の熱伝導率を大とすることができ
る。
分離板の接触面において熱抵抗が増加するため、全体と
して等価的に平面方向の熱伝導率を大とすることができ
る。
【００２４】請求項４記載の発明による燃料電池は、請
求項３記載の発明において、前記複数のガス分離板が、
互いの接触面の表面荒さを調整して一体化されたことを
特徴としている。
求項３記載の発明において、前記複数のガス分離板が、
互いの接触面の表面荒さを調整して一体化されたことを
特徴としている。
【００２５】請求項４記載の発明によれば、複数のガス
分離板の接触面の表面の荒さを調整することにより、平
面方向の熱伝導率を積層方向の熱伝導率より大とする程
度を任意に設定することができる。
分離板の接触面の表面の荒さを調整することにより、平
面方向の熱伝導率を積層方向の熱伝導率より大とする程
度を任意に設定することができる。
【００２６】請求項５記載の発明による燃料電池は、請
求項１または２記載の発明において、前記ガス分離板
が、抄紙法で製造された成形素材からなることを特徴と
している。
求項１または２記載の発明において、前記ガス分離板
が、抄紙法で製造された成形素材からなることを特徴と
している。
【００２７】請求項５記載の発明によれば、抄紙法によ
る製造工程には、厚み方向の層の繰り返し形成による工
程が含まれるため、このような方法によって製造される
ガス分離板は、必然的に平面方向の熱伝導率が積層方向
の熱伝導率より大となる。
る製造工程には、厚み方向の層の繰り返し形成による工
程が含まれるため、このような方法によって製造される
ガス分離板は、必然的に平面方向の熱伝導率が積層方向
の熱伝導率より大となる。
【００２８】請求項６記載の発明による燃料電池は、請
求項１乃至５のいずれか１項記載の発明において、前記
ガス分離板が、平面方向の熱伝導率κ1 と積層方向の熱
伝導率κ2 との比κ1 ／κ2 が４〜１２であることを特
徴としている。
求項１乃至５のいずれか１項記載の発明において、前記
ガス分離板が、平面方向の熱伝導率κ1 と積層方向の熱
伝導率κ2 との比κ1 ／κ2 が４〜１２であることを特
徴としている。
【００２９】請求項６記載の発明によれば、ガス分離板
の平面方向の熱伝導率と積層方向の熱伝導率との比が十
分な値であるため、単位電池の平面方向の熱伝導を十分
に促進することができ、熱を平面方向に分散させること
ができる。
の平面方向の熱伝導率と積層方向の熱伝導率との比が十
分な値であるため、単位電池の平面方向の熱伝導を十分
に促進することができ、熱を平面方向に分散させること
ができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態を図面を参照して説明する。なお、上述した従来技術
で説明した部材と同一の部材については、同一符号を付
してその説明を省略する。
態を図面を参照して説明する。なお、上述した従来技術
で説明した部材と同一の部材については、同一符号を付
してその説明を省略する。
【００３１】図１は、燃料電池の積層体から任意に抜出
した部分積層体１１の構成例である。この部分積層体１
１は、６個の単位電池１ａ〜１ｆと、５個のガス分離板
９ａ〜９ｅとが交互に積層して構成されている。その上
下端部には、冷却板１２が配置されており、この冷却板
１２の内部には、冷媒を流して冷却する電熱管１３が埋
め込まれている。
した部分積層体１１の構成例である。この部分積層体１
１は、６個の単位電池１ａ〜１ｆと、５個のガス分離板
９ａ〜９ｅとが交互に積層して構成されている。その上
下端部には、冷却板１２が配置されており、この冷却板
１２の内部には、冷媒を流して冷却する電熱管１３が埋
め込まれている。
【００３２】また、本実施の形態におけるガス分離板９
ａ〜９ｅは、その熱伝導特性として、平面方向の熱伝導
率が積層方向熱伝導率よりも大となっている。このガス
分離板９ａ〜９ｅは、例えば２枚のガス分離板を積み重
ねて一体として構成されている。すなわち、この２枚の
ガス分離板の接触面における熱抵抗が増加するため、全
体として等価的に平面方向の熱伝導率が大となる。更
に、このように２枚のガス分離板を積み重ねて一体化す
る際に、接触面の表面の荒さを調整することにより、平
面方向の熱伝導率を積層方向の熱伝導率よりも大とする
程度を任意に設定することができる。
ａ〜９ｅは、その熱伝導特性として、平面方向の熱伝導
率が積層方向熱伝導率よりも大となっている。このガス
分離板９ａ〜９ｅは、例えば２枚のガス分離板を積み重
ねて一体として構成されている。すなわち、この２枚の
ガス分離板の接触面における熱抵抗が増加するため、全
体として等価的に平面方向の熱伝導率が大となる。更
に、このように２枚のガス分離板を積み重ねて一体化す
る際に、接触面の表面の荒さを調整することにより、平
面方向の熱伝導率を積層方向の熱伝導率よりも大とする
程度を任意に設定することができる。
【００３３】あるいは、平面方向の熱伝導率を積層方向
の熱伝導率よりも大とするために、ガス分離板を以下の
ような構成としてもよい。すなわち、ガス分離板を、炭
素繊維材料から抄紙法によって製造した成形素材を、熱
処理することによって製造する。このような製造方法に
は、厚み方向に層を繰り返し形成する工程が含まれる。
そのため、平面方向の熱伝導率が積層方向の熱伝導率よ
りも大となる。
の熱伝導率よりも大とするために、ガス分離板を以下の
ような構成としてもよい。すなわち、ガス分離板を、炭
素繊維材料から抄紙法によって製造した成形素材を、熱
処理することによって製造する。このような製造方法に
は、厚み方向に層を繰り返し形成する工程が含まれる。
そのため、平面方向の熱伝導率が積層方向の熱伝導率よ
りも大となる。
【００３４】以上のような方法によって製造されたガス
分離板では、平面方向の熱伝導率κ1 と積層方向の熱伝
導率κ2 との比κ1 ／κ2 は、４〜１２程度の範囲とな
っている。このため、積層方向の熱伝導が抑制され、そ
の分だけ単位電池の平面方向の熱伝導を促進させること
ができる。
分離板では、平面方向の熱伝導率κ1 と積層方向の熱伝
導率κ2 との比κ1 ／κ2 は、４〜１２程度の範囲とな
っている。このため、積層方向の熱伝導が抑制され、そ
の分だけ単位電池の平面方向の熱伝導を促進させること
ができる。
【００３５】図２に、本実施の形態による燃料電池にお
いて、部分積層体１１の積層方向の中央部に位置する単
位電池１ｃ，１ｄの同一平面内の温度上昇分布を示す。
同図は、上述した図８と同様に、単位電池１の温度上昇
分布を当温度上昇線（△θ1〜△θ6 ）で表したもので
ある。この図に示すように、単位電池１ｃ，１ｄにおい
て、同一平面内で局所的に温度上昇が大である等温度上
昇線△θ6 （図８）の領域が無くなる。すなわち、温度
上昇分布が均一化され、これら単位電池１ｃ，１ｄの最
大温度上昇領域の温度上昇が、従来の△θ6 から△θ5
へと低下し、積層体全体の平均温度上昇に近付けること
ができる。
いて、部分積層体１１の積層方向の中央部に位置する単
位電池１ｃ，１ｄの同一平面内の温度上昇分布を示す。
同図は、上述した図８と同様に、単位電池１の温度上昇
分布を当温度上昇線（△θ1〜△θ6 ）で表したもので
ある。この図に示すように、単位電池１ｃ，１ｄにおい
て、同一平面内で局所的に温度上昇が大である等温度上
昇線△θ6 （図８）の領域が無くなる。すなわち、温度
上昇分布が均一化され、これら単位電池１ｃ，１ｄの最
大温度上昇領域の温度上昇が、従来の△θ6 から△θ5
へと低下し、積層体全体の平均温度上昇に近付けること
ができる。
【００３６】従って、本実施の形態においては、単位電
池の発熱量が同じである場合、部分積層体１１の中央部
の単位電池１ｃ，１ｄの最大温度上昇を、従来よりも小
さくすることができる。そのため、部分積層体１１を構
成する６個の単位電池１ａ〜１ｆの温度上昇分布を均一
化することができる。
池の発熱量が同じである場合、部分積層体１１の中央部
の単位電池１ｃ，１ｄの最大温度上昇を、従来よりも小
さくすることができる。そのため、部分積層体１１を構
成する６個の単位電池１ａ〜１ｆの温度上昇分布を均一
化することができる。
【００３７】すなわち、図３に示すように、本実施の形
態による燃料電池Ａの部分積層体１１において、積層方
向の中央部の単位電池１ｃ，１ｄの最大温度上昇△θA
は、従来の燃料電池Ｂの最大温度上昇△θB よりも小さ
くなっている。また、最大温度上昇△θA と部分積層体
１１の平均温度上昇△θM との差は、従来よりも小さく
なっている。更に、従来の燃料電池Ｂでは、上述したよ
うに定格運転状態で平均温度上昇△θM が１４℃である
のに対し、最高温度上昇△θB が３０℃であった。これ
に対し、本実施の形態による燃料電池Ａでは、最高温度
上昇△θA は２４℃であった。
態による燃料電池Ａの部分積層体１１において、積層方
向の中央部の単位電池１ｃ，１ｄの最大温度上昇△θA
は、従来の燃料電池Ｂの最大温度上昇△θB よりも小さ
くなっている。また、最大温度上昇△θA と部分積層体
１１の平均温度上昇△θM との差は、従来よりも小さく
なっている。更に、従来の燃料電池Ｂでは、上述したよ
うに定格運転状態で平均温度上昇△θM が１４℃である
のに対し、最高温度上昇△θB が３０℃であった。これ
に対し、本実施の形態による燃料電池Ａでは、最高温度
上昇△θA は２４℃であった。
【００３８】以上のように、本実施の形態においては、
部分積層体１１の最大温度上昇△θA と平均温度上昇△
θM との差を、従来よりも小さくすることができる。こ
のため、積層方向の中央部の単位電池１ｃ，１ｄの最大
温度上昇△θA を、許容温度上昇以下に設定した場合
に、部分積層体１１全体の温度上昇を従来よりも許容温
度上昇に近付けることができる。これにより、発電効率
を向上させることができる。
部分積層体１１の最大温度上昇△θA と平均温度上昇△
θM との差を、従来よりも小さくすることができる。こ
のため、積層方向の中央部の単位電池１ｃ，１ｄの最大
温度上昇△θA を、許容温度上昇以下に設定した場合
に、部分積層体１１全体の温度上昇を従来よりも許容温
度上昇に近付けることができる。これにより、発電効率
を向上させることができる。
【００３９】また、部分積層体１１において局所的に温
度上昇が大となる部分が無くなるため、本実施の形態に
よる燃料電池Ａを長期に亘って運転した場合に、図４に
示すように従来の燃料電池Ｂに比べて格段に高い電池性
能を維持することができる。
度上昇が大となる部分が無くなるため、本実施の形態に
よる燃料電池Ａを長期に亘って運転した場合に、図４に
示すように従来の燃料電池Ｂに比べて格段に高い電池性
能を維持することができる。
【００４０】なお、本実施の形態におけるガス分離板９
ａ〜９ｅは、平面方向の熱伝導率を積層方向の熱伝導率
よりも大とし、全て同一の熱伝導特性を有するものとし
て説明したが、これに限定されない。すなわち、部分積
層体１１の中央部のガス分離板９ｃのみ、平面方向の熱
伝導率を積層方向の熱伝導率よりも大としてもよい。こ
の場合でも、上述したように、最大温度上昇領域の温度
上昇を低減し、部分積層体１１全体の温度上昇を平均温
度上昇に近付けることができる。
ａ〜９ｅは、平面方向の熱伝導率を積層方向の熱伝導率
よりも大とし、全て同一の熱伝導特性を有するものとし
て説明したが、これに限定されない。すなわち、部分積
層体１１の中央部のガス分離板９ｃのみ、平面方向の熱
伝導率を積層方向の熱伝導率よりも大としてもよい。こ
の場合でも、上述したように、最大温度上昇領域の温度
上昇を低減し、部分積層体１１全体の温度上昇を平均温
度上昇に近付けることができる。
【００４１】更に、本実施の形態では、６個の単位電池
１ａ〜１ｆによって部分積層体１１を構成する場合につ
いて示しているが、単位電池の数はこれに限定されるも
のではなく、偶数個でも奇数個でもよい。
１ａ〜１ｆによって部分積層体１１を構成する場合につ
いて示しているが、単位電池の数はこれに限定されるも
のではなく、偶数個でも奇数個でもよい。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、部分積層体の積層
方向の中央部における局所的に温度上昇が大である部分
を無くし、部分積層体の温度上昇を許容温度上昇により
近い値に設定することができる。そのため、発電効率を
向上させ、長期に亘って高い電池性能を維持し、電池寿
命の長い燃料電池を提供することができる。
方向の中央部における局所的に温度上昇が大である部分
を無くし、部分積層体の温度上昇を許容温度上昇により
近い値に設定することができる。そのため、発電効率を
向上させ、長期に亘って高い電池性能を維持し、電池寿
命の長い燃料電池を提供することができる。
【図１】本発明の一実施の形態による燃料電池における
部分積層体１１の構成を示す概念図。
部分積層体１１の構成を示す概念図。
【図２】本実施の形態における部分積層体の中央部に位
置する単位電池の平面上の温度上昇分布を示す図。
置する単位電池の平面上の温度上昇分布を示す図。
【図３】本実施の形態による燃料電池と従来の燃料電池
との積層方向の温度上昇分布をそれぞれ示す図。
との積層方向の温度上昇分布をそれぞれ示す図。
【図４】本実施の形態による燃料電池と従来の燃料電池
との運転時間に対する電池性能をそれぞれ示す図。
との運転時間に対する電池性能をそれぞれ示す図。
【図５】一般的な単位電池の構成例を示す概念図。
【図６】一般的な単位電池の他の構成例を示す概念図。
【図７】一般的な燃料電池の構成例を示す概念図。
【図８】従来の燃料電池の部分積層体の中央部に位置す
る単位電池の平面上の温度上昇分布を示す図。
る単位電池の平面上の温度上昇分布を示す図。
１，１ａ〜１ｆ…単位電池 ２…電解質層 ３ａ，３ｂ…触媒層 ４ａ，４ｂ…電極板 ５…燃料ガス ６…酸化剤ガス ７ａ，７ｂ…溝 ８ａ，８ｂ…溝付板 ９，９ａ〜９ｅ…ガス分離板 １０…積層体 １１…部分積層体 １２…冷却板 １３…伝熱管 １４…端板 １５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ…マニホールド １７…ガスケット
フロントページの続き (72)発明者 湯浅 文彦 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内
Claims (6)
- 【請求項１】 触媒が成層塗布された一対の電極を対向
させ、この一対の電極間に電解質層を挟んで単位電池を
形成し、この単位電池の上下両面に反応ガスが流通する
反応ガス流通手段を配設し、ガス分離板を介装し前記単
位電池を複数個積層して部分積層体を形成し、この部分
積層体と冷却板とを交互に複数個積層して積層体を形成
してなる燃料電池において、 前記ガス分離板は、その平面方向の熱伝導率が積層方向
の熱伝導率よりも大であることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 触媒が成層塗布された一対の電極を対向
させ、この一対の電極間に電解質層を挟んで単位電池を
形成し、この単位電池の上下両面に反応ガスが流通する
反応ガス流通手段を配設し、ガス分離板を介装し前記単
位電池を複数個積層して部分積層体を形成し、この部分
積層体と冷却板とを交互に複数個積層して積層体を形成
してなる燃料電池において、 前記部分積層体の積層方向の中央部に位置するガス分離
板は、その平面方向の熱伝導率が積層方向の熱伝導率よ
りも大であることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項３】 前記ガス分離板は、複数のガス分離板を
積層して一体化してなることを特徴とする請求項１また
は２項記載の燃料電池。 - 【請求項４】 前記複数のガス分離板は、互いの接触面
の表面荒さを調整して一体化されたことを特徴とする請
求項３記載の燃料電池。 - 【請求項５】 前記ガス分離板は、抄紙法で製造された
成形素材からなることを特徴とする請求項１または２記
載の燃料電池。 - 【請求項６】 前記ガス分離板は、平面方向の熱伝導率
κ1 と積層方向の熱伝導率κ2 との比κ1 ／κ2 が４〜
１２であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
１項記載の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8099859A JPH09289026A (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8099859A JPH09289026A (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09289026A true JPH09289026A (ja) | 1997-11-04 |
Family
ID=14258536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8099859A Pending JPH09289026A (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09289026A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7160640B2 (en) | 2003-01-15 | 2007-01-09 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell stack with passive end cell heater |
| WO2010005002A1 (ja) * | 2008-07-10 | 2010-01-14 | 株式会社 東芝 | 燃料電池 |
| JP2013026012A (ja) * | 2011-07-21 | 2013-02-04 | Fujikura Ltd | 燃料電池の温度制御装置 |
| US9413026B2 (en) | 2011-09-06 | 2016-08-09 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Electricity generation unit and fuel cell stack |
-
1996
- 1996-04-22 JP JP8099859A patent/JPH09289026A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7160640B2 (en) | 2003-01-15 | 2007-01-09 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell stack with passive end cell heater |
| WO2010005002A1 (ja) * | 2008-07-10 | 2010-01-14 | 株式会社 東芝 | 燃料電池 |
| JP2013026012A (ja) * | 2011-07-21 | 2013-02-04 | Fujikura Ltd | 燃料電池の温度制御装置 |
| US9413026B2 (en) | 2011-09-06 | 2016-08-09 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Electricity generation unit and fuel cell stack |
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