JPH0945346A - リン酸型燃料電池 - Google Patents
リン酸型燃料電池Info
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- JPH0945346A JPH0945346A JP7190018A JP19001895A JPH0945346A JP H0945346 A JPH0945346 A JP H0945346A JP 7190018 A JP7190018 A JP 7190018A JP 19001895 A JP19001895 A JP 19001895A JP H0945346 A JPH0945346 A JP H0945346A
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- Japan
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- phosphoric acid
- fuel cell
- catalyst layer
- base material
- cathode
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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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】所定のセル寿命を保持し、かつ長時間に渡って
外部よりリン酸の補給を行わずとも運転できるものを得
る。 【構成】カソード触媒層１をカソード基材２の一方に偏
して配して、反応領域と非反応領域を形成し、セパレー
タ３とカソード基材２との間に仕切り部４３を備えたカ
ソードリザーバプレート４を挿入し積層して、反応ガス
を反応領域へ供給して非反応領域より排出するガス通路
を形成し、さらに、冷却板６に埋設した冷却パイプ７の
非反応領域に対応する側端より冷却水を供給して反応領
域に対応する側端より排出させて、非反応領域の温度を
反応領域の温度よりも相対的に低くする。
外部よりリン酸の補給を行わずとも運転できるものを得
る。 【構成】カソード触媒層１をカソード基材２の一方に偏
して配して、反応領域と非反応領域を形成し、セパレー
タ３とカソード基材２との間に仕切り部４３を備えたカ
ソードリザーバプレート４を挿入し積層して、反応ガス
を反応領域へ供給して非反応領域より排出するガス通路
を形成し、さらに、冷却板６に埋設した冷却パイプ７の
非反応領域に対応する側端より冷却水を供給して反応領
域に対応する側端より排出させて、非反応領域の温度を
反応領域の温度よりも相対的に低くする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、リン酸型燃料電池の
リン酸回収構造に関する。
リン酸回収構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】リン酸型燃料電池は、一般にマトリック
スと呼ばれる電解質保持材に電解質であるリン酸をしみ
込ませて保持し、このマトリックスの両側にアノードお
よびカソードを配置して構成される。燃料として水素
を、酸化剤として酸素を用いた場合には、アノードおよ
びカソードで次式の電気化学反応が起こり発電する。
スと呼ばれる電解質保持材に電解質であるリン酸をしみ
込ませて保持し、このマトリックスの両側にアノードお
よびカソードを配置して構成される。燃料として水素
を、酸化剤として酸素を用いた場合には、アノードおよ
びカソードで次式の電気化学反応が起こり発電する。
【０００３】
【化１】 Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋２ｅ- ； アノード 1/2Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ ； カソード Ｈ2 ＋1/2Ｏ2 → Ｈ2Ｏ ； 全反応
すなわち、アノードでは水素がプロトン
と電子に解離し、プロトンはマトリックスに保持されて
いるリン酸中を移動し、カソードに到達する。一方、電
子は外部への電気エネルギーの取り出しにともない外部
回路（負荷）を通ってカソードに到達する。カソードで
は、酸素とアノードから移動してきたプロトンおよび電
子が反応して水を生成する。
すなわち、アノードでは水素がプロトン
と電子に解離し、プロトンはマトリックスに保持されて
いるリン酸中を移動し、カソードに到達する。一方、電
子は外部への電気エネルギーの取り出しにともない外部
回路（負荷）を通ってカソードに到達する。カソードで
は、酸素とアノードから移動してきたプロトンおよび電
子が反応して水を生成する。
【０００４】この電気化学反応を、円滑に、しかも連続
して起こすためには、マトリックス中に常に十分なリン
酸が保持されている必要がある。仮にリン酸が不足する
と、アノードからカソードへのプロトンの移動の抵抗が
大きくなり、内部抵抗が増加し電圧が低下してしまい、
さらに、マトリックスを貫通して水素と酸素が直接混合
して反応し、セル性能を低下させる事態を引き起こすこ
ととなる。したがって、リン酸型燃料電池を長時間安定
に運転するには、セルからのリン酸の消失を極力抑える
ことが必要である。
して起こすためには、マトリックス中に常に十分なリン
酸が保持されている必要がある。仮にリン酸が不足する
と、アノードからカソードへのプロトンの移動の抵抗が
大きくなり、内部抵抗が増加し電圧が低下してしまい、
さらに、マトリックスを貫通して水素と酸素が直接混合
して反応し、セル性能を低下させる事態を引き起こすこ
ととなる。したがって、リン酸型燃料電池を長時間安定
に運転するには、セルからのリン酸の消失を極力抑える
ことが必要である。
【０００５】図７は、従来より用いられているこの種の
リン酸型燃料電池の基本構成例を示す分解斜視図であ
る。本構成においては、リン酸を保持した平板状のマト
リックス２１を、アノード触媒層２２と燃料用通路を備
えたアノード基材２４からなるアノードと、カソード触
媒層２３と上記の燃料用通路と直交する方向に空気用通
路を備えたカソード基材２５からなるカソードで挟み、
アノード基材２４上にリン酸を保持するリザーバプレー
ト２６を配置したのち、セパレータ２７と交互に積層し
て燃料電池積層体が構成されており、冷却基板３２に冷
却パイプ３３を埋設しヘッダパイプ３４から冷却水を供
給、排出して冷却する冷却板３１を適宜挿入して、発電
にともなう発熱を除去し、一定温度に保持している。
リン酸型燃料電池の基本構成例を示す分解斜視図であ
る。本構成においては、リン酸を保持した平板状のマト
リックス２１を、アノード触媒層２２と燃料用通路を備
えたアノード基材２４からなるアノードと、カソード触
媒層２３と上記の燃料用通路と直交する方向に空気用通
路を備えたカソード基材２５からなるカソードで挟み、
アノード基材２４上にリン酸を保持するリザーバプレー
ト２６を配置したのち、セパレータ２７と交互に積層し
て燃料電池積層体が構成されており、冷却基板３２に冷
却パイプ３３を埋設しヘッダパイプ３４から冷却水を供
給、排出して冷却する冷却板３１を適宜挿入して、発電
にともなう発熱を除去し、一定温度に保持している。
【０００６】本構成に用いられているリザーバプレート
２６は多孔質カーボン材から形成されており、マトリッ
クス２１のリン酸が不足した時、これを補うよう自身に
保持したリン酸を補給して運転を継続させる役割をもつ
ものである。マトリックス２１への補給とともに減少し
たリン酸は、所定の時間経過したのち外部よりリザーバ
プレート２６へと補給する方法が採られる。
２６は多孔質カーボン材から形成されており、マトリッ
クス２１のリン酸が不足した時、これを補うよう自身に
保持したリン酸を補給して運転を継続させる役割をもつ
ものである。マトリックス２１への補給とともに減少し
たリン酸は、所定の時間経過したのち外部よりリザーバ
プレート２６へと補給する方法が採られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、従来の
リン酸型燃料電池においては、マトリックス２１のリン
酸をリザーバプレート２６より補給して運転を継続させ
る方式が採られているが、外部からのリン酸の補給を行
わないで長時間安定して運転させるためには、リザーバ
プレート２６には大量のリン酸を保持しておく必要があ
り、リザーバプレート２６の厚さを厚くして容積を大き
くすることが必要となる。
リン酸型燃料電池においては、マトリックス２１のリン
酸をリザーバプレート２６より補給して運転を継続させ
る方式が採られているが、外部からのリン酸の補給を行
わないで長時間安定して運転させるためには、リザーバ
プレート２６には大量のリン酸を保持しておく必要があ
り、リザーバプレート２６の厚さを厚くして容積を大き
くすることが必要となる。
【０００８】したがって、本方式の単セルを積層すれ
ば、燃料電池積層体、したがってプラントの高さが高く
なり、輸送時等に支障を来す恐れがある。また、発電に
ともなう発熱は冷却板３１によって除去し冷却されてい
るが、リザーバプレート２６の厚さが厚くなれば、積層
方向の熱伝導特性が低下するので、単セル内部での温度
差が増大し、長時間運転を続けるとセル性能の低下を引
き起こす原因となる。
ば、燃料電池積層体、したがってプラントの高さが高く
なり、輸送時等に支障を来す恐れがある。また、発電に
ともなう発熱は冷却板３１によって除去し冷却されてい
るが、リザーバプレート２６の厚さが厚くなれば、積層
方向の熱伝導特性が低下するので、単セル内部での温度
差が増大し、長時間運転を続けるとセル性能の低下を引
き起こす原因となる。
【０００９】さらに、リザーバプレート２６への外部か
らのリン酸の補給法としては、例えば１年毎の定期点検
の際に実施することが考えられるが、燃料電池積層体を
構成する個々の単セルは、積層位置や性能の差により温
度が異なるので、リン酸の消失量も異なる。したがっ
て、リン酸の所要補給量は個々の単セルで差が生じる事
態となるが、これに対応して各単セルに最適量のリン酸
を補給することは実質的に困難で、補給量が不足する単
セルが生じて補給間隔が短くなり、プラント停止回数が
増加する結果となる恐れがある。
らのリン酸の補給法としては、例えば１年毎の定期点検
の際に実施することが考えられるが、燃料電池積層体を
構成する個々の単セルは、積層位置や性能の差により温
度が異なるので、リン酸の消失量も異なる。したがっ
て、リン酸の所要補給量は個々の単セルで差が生じる事
態となるが、これに対応して各単セルに最適量のリン酸
を補給することは実質的に困難で、補給量が不足する単
セルが生じて補給間隔が短くなり、プラント停止回数が
増加する結果となる恐れがある。
【００１０】また、リン酸の補給量を低減する方式とし
て、例えば反応ガスの下流側の一部の温度を低くする
等、単セルの反応部の平面内に温度分布を設け、飛散し
たリン酸を低温部分で回収して利用する方式があるが、
本方式においては、反応部の平面内の電流密度分布、電
位分布等の差異が大きくなる方向にあるので、これらの
差異が過大となって、単セルの一部に腐食等が生じ、セ
ル寿命が短くなることが危惧される。
て、例えば反応ガスの下流側の一部の温度を低くする
等、単セルの反応部の平面内に温度分布を設け、飛散し
たリン酸を低温部分で回収して利用する方式があるが、
本方式においては、反応部の平面内の電流密度分布、電
位分布等の差異が大きくなる方向にあるので、これらの
差異が過大となって、単セルの一部に腐食等が生じ、セ
ル寿命が短くなることが危惧される。
【００１１】本発明は、上記のごとき従来技術の難点を
解消し、所定のセル寿命を保持し、かつ長時間に渡って
外部よりリン酸の補給を行わずとも運転できるリン酸型
燃料電池を提供することを目的とする。
解消し、所定のセル寿命を保持し、かつ長時間に渡って
外部よりリン酸の補給を行わずとも運転できるリン酸型
燃料電池を提供することを目的とする。
【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、本発明においては、リン酸を保持する平板状のマ
トリックスの両主面に、基材に支持された触媒層を配置
し、さらに二つの基材の外側の主面に、反応ガスの通路
を有しリン酸を保持するリザーバプレートを配して形成
される単セルを用いるリン酸型燃料電池において、触媒
層を基材の高温度部分に面して配置し、かつ、リザーバ
プレートに、反応ガスが基材の触媒層設置位置に対向す
る部分に供給され基材の触媒層非設置位置に対向する部
分へと通流して排出される反応ガスの通路を備えること
とする。
めに、本発明においては、リン酸を保持する平板状のマ
トリックスの両主面に、基材に支持された触媒層を配置
し、さらに二つの基材の外側の主面に、反応ガスの通路
を有しリン酸を保持するリザーバプレートを配して形成
される単セルを用いるリン酸型燃料電池において、触媒
層を基材の高温度部分に面して配置し、かつ、リザーバ
プレートに、反応ガスが基材の触媒層設置位置に対向す
る部分に供給され基材の触媒層非設置位置に対向する部
分へと通流して排出される反応ガスの通路を備えること
とする。
【００１３】さらに、上記のリン酸型燃料電池の基材の
温度を、単セルに積層され冷却水を通流して冷却される
冷却板により温度制御することとする。また、上記のリ
ン酸型燃料電池において、リザーバプレートの基材の触
媒層非設置位置に対向する部分の反応ガスの通路の流体
抵抗が、基材の触媒層設置位置に対向する部分の反応ガ
スの通路の流体抵抗より大きくなるよう選定することと
する。
温度を、単セルに積層され冷却水を通流して冷却される
冷却板により温度制御することとする。また、上記のリ
ン酸型燃料電池において、リザーバプレートの基材の触
媒層非設置位置に対向する部分の反応ガスの通路の流体
抵抗が、基材の触媒層設置位置に対向する部分の反応ガ
スの通路の流体抵抗より大きくなるよう選定することと
する。
【００１４】また、上記のリン酸型燃料電池において、
基材の触媒層非設置位置に、触媒層と略同一の厚さを有
しマトリックスと同一の部材よりなる充填材を配するこ
ととする。
基材の触媒層非設置位置に、触媒層と略同一の厚さを有
しマトリックスと同一の部材よりなる充填材を配するこ
ととする。
【００１５】
【作用】上記のように、リン酸型燃料電池を構成する単
セルの各触媒層を基材の高温度部分に面して配置し、か
つ、基材の背面に組み込まれるリザーバプレートに、反
応ガスが基材の触媒層設置位置に対向する部分に供給さ
れ基材の触媒層非設置位置に対向する部分へと通流して
排出される反応ガスの通路を備えることとすれば、反応
ガスは、基材の相対的に温度の高い触媒層設置位置に対
向する反応ガスの通路に供給され通流して電気化学反応
を生じたのち、相対的に温度の低い触媒層非設置位置に
対向する通路を通流して排出される。したがって、相対
的に温度の高い領域において電気化学反応にともなって
蒸発し飛散したリン酸は、反応ガスとともに反応ガス通
路を相対的に温度の低い領域へと通流することとなり、
その一部は、温度の低下にともなって凝縮し、反応ガス
の通路に付着する。反応ガスの通路が、例えば撥水処理
を施していない多孔質カーボン材等により形成されてお
れば、付着したリン酸は多孔質体の中にしみ込み回収さ
れる。触媒層設置位置に対応する反応部のリン酸が不足
すると、回収されたリン酸が多孔質体の中を通って自動
的に補給されて再利用されることとなるので、リン酸の
実質的な飛散量が抑制されることとなる。
セルの各触媒層を基材の高温度部分に面して配置し、か
つ、基材の背面に組み込まれるリザーバプレートに、反
応ガスが基材の触媒層設置位置に対向する部分に供給さ
れ基材の触媒層非設置位置に対向する部分へと通流して
排出される反応ガスの通路を備えることとすれば、反応
ガスは、基材の相対的に温度の高い触媒層設置位置に対
向する反応ガスの通路に供給され通流して電気化学反応
を生じたのち、相対的に温度の低い触媒層非設置位置に
対向する通路を通流して排出される。したがって、相対
的に温度の高い領域において電気化学反応にともなって
蒸発し飛散したリン酸は、反応ガスとともに反応ガス通
路を相対的に温度の低い領域へと通流することとなり、
その一部は、温度の低下にともなって凝縮し、反応ガス
の通路に付着する。反応ガスの通路が、例えば撥水処理
を施していない多孔質カーボン材等により形成されてお
れば、付着したリン酸は多孔質体の中にしみ込み回収さ
れる。触媒層設置位置に対応する反応部のリン酸が不足
すると、回収されたリン酸が多孔質体の中を通って自動
的に補給されて再利用されることとなるので、リン酸の
実質的な飛散量が抑制されることとなる。
【００１６】さらに、上記のリン酸型燃料電池の基材の
温度を、単セルに積層され冷却水を通流して冷却される
冷却板により温度制御することとすれば、燃料電池積層
体に新たに構成部品を持ち込むことなく容易に温度制御
できるので、燃料電池積層体の高さ、したがってプラン
トの高さの増大やコストの上昇が回避される。また、上
記のリン酸型燃料電池において、リザーバプレートの基
材の触媒層非設置位置に対向する部分の反応ガスの通路
の流体抵抗が、基材の触媒層設置位置に対向する部分の
反応ガスの通路の流体抵抗より大きくなるよう選定すれ
ば、相対的に温度の低い基材の触媒層非設置位置に対向
する領域における反応ガスと通路との熱交換の効率が高
くなるので、飛散したリン酸を含む反応ガスが効果的に
冷却され、多量のリン酸を凝縮し回収できることとな
る。
温度を、単セルに積層され冷却水を通流して冷却される
冷却板により温度制御することとすれば、燃料電池積層
体に新たに構成部品を持ち込むことなく容易に温度制御
できるので、燃料電池積層体の高さ、したがってプラン
トの高さの増大やコストの上昇が回避される。また、上
記のリン酸型燃料電池において、リザーバプレートの基
材の触媒層非設置位置に対向する部分の反応ガスの通路
の流体抵抗が、基材の触媒層設置位置に対向する部分の
反応ガスの通路の流体抵抗より大きくなるよう選定すれ
ば、相対的に温度の低い基材の触媒層非設置位置に対向
する領域における反応ガスと通路との熱交換の効率が高
くなるので、飛散したリン酸を含む反応ガスが効果的に
冷却され、多量のリン酸を凝縮し回収できることとな
る。
【００１７】また、上記のリン酸型燃料電池において、
基材の触媒層非設置位置に、触媒層のスペースに対応し
て設置する略同一の厚さを有する充填材を、マトリック
スと同一の部材より形成することとすれば、リザーバプ
レートの反応ガスの通路に凝縮、付着したリン酸は、多
孔質の充填材及びマトリックスを通して、アノード側と
カソード側との間を自由に移動できることとなり、各極
で不足したリン酸が効果的に補給されることとなる。
基材の触媒層非設置位置に、触媒層のスペースに対応し
て設置する略同一の厚さを有する充填材を、マトリック
スと同一の部材より形成することとすれば、リザーバプ
レートの反応ガスの通路に凝縮、付着したリン酸は、多
孔質の充填材及びマトリックスを通して、アノード側と
カソード側との間を自由に移動できることとなり、各極
で不足したリン酸が効果的に補給されることとなる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明のリン酸型燃料電池の実施例を
図面を用いて説明する。図１は第１の実施例における燃
料電池積層体の基本構成を示す断面図、図２は本実施例
の燃料電池積層体の要部斜視図で、（ａ）はカソード側
の構成を、また（ｂ）は冷却板の構成を（ａ）に対応し
て示す斜視図、また、図３はカソードリザーバプレート
のガス通路の基本構成を示す模式図である。
図面を用いて説明する。図１は第１の実施例における燃
料電池積層体の基本構成を示す断面図、図２は本実施例
の燃料電池積層体の要部斜視図で、（ａ）はカソード側
の構成を、また（ｂ）は冷却板の構成を（ａ）に対応し
て示す斜視図、また、図３はカソードリザーバプレート
のガス通路の基本構成を示す模式図である。
【００１９】図１に見られるように、本実施例の燃料電
池積層体は、電解質であるリン酸を保持したマトリック
ス１２の両面に、カソード基材２に支持されたカソード
触媒層１とアノード基材８に支持されたアノード触媒層
９を配置し、さらにその外側に、空気を通流する通路を
備え補給用のリン酸を保持したカソードリザーバプレー
ト４と、燃料を通流する通路を備え同じく補給用のリン
酸を保持したアノードリザーバプレート５を配置して各
単セルを構成し、セパレータ３あるいは３Ａを介在させ
て積層し、冷却板６を適宜挿入して構成されている。
池積層体は、電解質であるリン酸を保持したマトリック
ス１２の両面に、カソード基材２に支持されたカソード
触媒層１とアノード基材８に支持されたアノード触媒層
９を配置し、さらにその外側に、空気を通流する通路を
備え補給用のリン酸を保持したカソードリザーバプレー
ト４と、燃料を通流する通路を備え同じく補給用のリン
酸を保持したアノードリザーバプレート５を配置して各
単セルを構成し、セパレータ３あるいは３Ａを介在させ
て積層し、冷却板６を適宜挿入して構成されている。
【００２０】本構成のカソード触媒層１およびアノード
触媒層９は、いずれもカソード基材２およびアノード基
材８の一方（図中左側）に偏して配されており、残余の
スペースには、触媒層の形成に用いられる白金を担持す
る前の担体を原料として膜状に形成したカーボン材から
なるカソード充填材１３およびアノード充填材１０が配
されている。
触媒層９は、いずれもカソード基材２およびアノード基
材８の一方（図中左側）に偏して配されており、残余の
スペースには、触媒層の形成に用いられる白金を担持す
る前の担体を原料として膜状に形成したカーボン材から
なるカソード充填材１３およびアノード充填材１０が配
されている。
【００２１】また、例えば呉羽化学（株）製の多孔質カ
ーボン基材（商品名ＫＥＳＨ２）を用いて形成されたカ
ソードリザーバプレート４は、図２（ａ）および図３に
示したごとく、平坦部４１と複数のリブ４２、およびカ
ソード触媒層１の端部に対応する位置に配置された一個
の仕切り部４３とにより構成されており、セパレータ３
と、カソード触媒層１を備えたカソード基材２と積層す
ると、複数のリブ４２と仕切り部４３がカソード基材２
に接し、一端の側面に二つの開口をもつガスの通路が形
成される。したがって、二つの開口のうち、カソード触
媒層１を設置した位置に対応する開口より空気を供給
し、もう一方の開口より排出することとすれば、空気は
カソードリザーバプレート４を図３に模式的に示したご
とく通流することとなる。
ーボン基材（商品名ＫＥＳＨ２）を用いて形成されたカ
ソードリザーバプレート４は、図２（ａ）および図３に
示したごとく、平坦部４１と複数のリブ４２、およびカ
ソード触媒層１の端部に対応する位置に配置された一個
の仕切り部４３とにより構成されており、セパレータ３
と、カソード触媒層１を備えたカソード基材２と積層す
ると、複数のリブ４２と仕切り部４３がカソード基材２
に接し、一端の側面に二つの開口をもつガスの通路が形
成される。したがって、二つの開口のうち、カソード触
媒層１を設置した位置に対応する開口より空気を供給
し、もう一方の開口より排出することとすれば、空気は
カソードリザーバプレート４を図３に模式的に示したご
とく通流することとなる。
【００２２】また、冷却板６は、図２（ｂ）に見られる
ごとく、冷却パイプ７を内部に埋設して構成されてお
り、一端（図中右端）に設けられた入口より冷却水を供
給し、他端（図中左端）に設けられた出口より取り出し
て冷却することにより、発電にともなう発熱を除去して
いる。供給された冷却水は発熱の除去に際して加熱され
温度が上昇するので、冷却板６の温度は、冷却水の入口
側（図中右側）ほど低く、冷却水の出口側（図中左側）
ほど高くなる。
ごとく、冷却パイプ７を内部に埋設して構成されてお
り、一端（図中右端）に設けられた入口より冷却水を供
給し、他端（図中左端）に設けられた出口より取り出し
て冷却することにより、発電にともなう発熱を除去して
いる。供給された冷却水は発熱の除去に際して加熱され
温度が上昇するので、冷却板６の温度は、冷却水の入口
側（図中右側）ほど低く、冷却水の出口側（図中左側）
ほど高くなる。
【００２３】すなわち、本構成においては、カソードリ
ザーバプレート４に供給された空気は、相対的に温度の
高い反応領域（図中左側）を通流し、電気化学反応を生
じて発電したのち、相対的に温度の低い非反応領域（図
中右側）へと流れて排出される。したがって、発電にと
もない蒸発し飛散したリン酸は、空気とともに相対的に
温度の低い領域へ送られ、冷却されて、その一部は凝縮
してカソードリザーバプレート４に付着する。付着した
リン酸は多孔質カーボン材からなるカソードリザーバプ
レート４にしみ込み、反応領域部分のリン酸が不足する
と、移動し補充する。したがって、本構成では、飛散し
て外部へ放出されるリン酸量が低減されるので、長時間
リン酸を補給することなく安定して運転できることとな
る。
ザーバプレート４に供給された空気は、相対的に温度の
高い反応領域（図中左側）を通流し、電気化学反応を生
じて発電したのち、相対的に温度の低い非反応領域（図
中右側）へと流れて排出される。したがって、発電にと
もない蒸発し飛散したリン酸は、空気とともに相対的に
温度の低い領域へ送られ、冷却されて、その一部は凝縮
してカソードリザーバプレート４に付着する。付着した
リン酸は多孔質カーボン材からなるカソードリザーバプ
レート４にしみ込み、反応領域部分のリン酸が不足する
と、移動し補充する。したがって、本構成では、飛散し
て外部へ放出されるリン酸量が低減されるので、長時間
リン酸を補給することなく安定して運転できることとな
る。
【００２４】なお、上記の説明では空気を通流するカソ
ード側について述べたが、燃料を通流するアノード側に
おいても同様であり、通常、燃料の流量は空気の流量と
比較して少ないので、運ばれるリン酸量が少なく、回収
量も相対的に少なくなるが、カソード側と同様にリン酸
が回収される。図４は、本発明の第２の実施例の燃料電
池積層体の要部斜視図で、（ａ）はカソード側の構成
を、また（ｂ）は冷却板の構成を（ａ）に対応して示す
斜視図である。
ード側について述べたが、燃料を通流するアノード側に
おいても同様であり、通常、燃料の流量は空気の流量と
比較して少ないので、運ばれるリン酸量が少なく、回収
量も相対的に少なくなるが、カソード側と同様にリン酸
が回収される。図４は、本発明の第２の実施例の燃料電
池積層体の要部斜視図で、（ａ）はカソード側の構成
を、また（ｂ）は冷却板の構成を（ａ）に対応して示す
斜視図である。
【００２５】本実施例の第１の実施例との差異は、図４
（ａ）に示したように、カソード触媒層１Ａをカソード
基材２の中央部にのみ設置し、対応して、カソードリザ
ーバプレート４Ａに２個の仕切り部４３を設置して空気
を中央部から供給し両側部より排出することとし、さら
に図４（ｂ）に示したように、冷却板６に２本の冷却パ
イプ７Ａ、７Ｂを埋設して、両側端から冷却水を供給
し、中央部より排出する構成とした点にある。
（ａ）に示したように、カソード触媒層１Ａをカソード
基材２の中央部にのみ設置し、対応して、カソードリザ
ーバプレート４Ａに２個の仕切り部４３を設置して空気
を中央部から供給し両側部より排出することとし、さら
に図４（ｂ）に示したように、冷却板６に２本の冷却パ
イプ７Ａ、７Ｂを埋設して、両側端から冷却水を供給
し、中央部より排出する構成とした点にある。
【００２６】本構成においても、供給された空気は相対
的に温度の高い反応領域（図中中央部）を通流したの
ち、相対的に温度の低い非反応領域（図中両側部）へと
流れて排出されるので、反応領域で発電にともない蒸発
し飛散したリン酸は、空気とともに相対的に温度の低い
領域へ送られて冷却され、その一部は凝縮してカソード
リザーバプレート４Ａに付着し、回収されることとな
る。したがって、本構成の燃料電池積層体を用いたリン
酸型燃料電池は、長期間リン酸の補給を行わなくとも安
定して運転できる。
的に温度の高い反応領域（図中中央部）を通流したの
ち、相対的に温度の低い非反応領域（図中両側部）へと
流れて排出されるので、反応領域で発電にともない蒸発
し飛散したリン酸は、空気とともに相対的に温度の低い
領域へ送られて冷却され、その一部は凝縮してカソード
リザーバプレート４Ａに付着し、回収されることとな
る。したがって、本構成の燃料電池積層体を用いたリン
酸型燃料電池は、長期間リン酸の補給を行わなくとも安
定して運転できる。
【００２７】図５は、本発明の第３の実施例の燃料電池
積層体のカソードリザーバプレートのガス通路の基本構
成を示す模式図である。本実施例の第１の実施例との差
異は、図３と対比して見れば明らかなように、カソード
触媒層１が設置されていない非反応領域に対応する排出
側の空気の通路を、流れ方向に対向するリブ４２Ａを配
置して形成した点にある。本構成では、非反応領域の排
出側の空気の通路の流体抵抗が、反応領域の通路の流体
抵抗より大きくなるので、相対的に温度の低い排出側の
通路と空気との熱交換の効率が高くなり、飛散したリン
酸を含む反応ガスが効果的に冷却され、多量のリン酸を
凝縮し回収できることとなる。
積層体のカソードリザーバプレートのガス通路の基本構
成を示す模式図である。本実施例の第１の実施例との差
異は、図３と対比して見れば明らかなように、カソード
触媒層１が設置されていない非反応領域に対応する排出
側の空気の通路を、流れ方向に対向するリブ４２Ａを配
置して形成した点にある。本構成では、非反応領域の排
出側の空気の通路の流体抵抗が、反応領域の通路の流体
抵抗より大きくなるので、相対的に温度の低い排出側の
通路と空気との熱交換の効率が高くなり、飛散したリン
酸を含む反応ガスが効果的に冷却され、多量のリン酸を
凝縮し回収できることとなる。
【００２８】図６は、本発明の第４の実施例における燃
料電池積層体の基本構成を示す断面図である。本実施例
の第１の実施例との差異は、アノード充填材１０および
カソード充填材１３を形成する材料にあり、第１の実施
例では、触媒層の形成に用いられる白金を担持する前の
担体を原料として膜状に形成したカーボン材を使用して
形成されていたのに対して、本実施例では、マトリック
ス１２を形成する多孔質カーボン材と同一材料を用いて
形成されている。本構成では、リン酸が、アノード充填
材１０、マトリックス１２およびカソード充填材１３を
通して容易に移動できるので、アノード側とカソード側
との間のリン酸の移動がより容易となり、リン酸が不足
すると両極間で相互に効果的に補給されることとなるの
で、長期間安定して運転できる。
料電池積層体の基本構成を示す断面図である。本実施例
の第１の実施例との差異は、アノード充填材１０および
カソード充填材１３を形成する材料にあり、第１の実施
例では、触媒層の形成に用いられる白金を担持する前の
担体を原料として膜状に形成したカーボン材を使用して
形成されていたのに対して、本実施例では、マトリック
ス１２を形成する多孔質カーボン材と同一材料を用いて
形成されている。本構成では、リン酸が、アノード充填
材１０、マトリックス１２およびカソード充填材１３を
通して容易に移動できるので、アノード側とカソード側
との間のリン酸の移動がより容易となり、リン酸が不足
すると両極間で相互に効果的に補給されることとなるの
で、長期間安定して運転できる。
【００２９】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、リン酸
を保持する平板状のマトリックスの両主面に、基材に支
持された触媒層を配置し、さらに二つの基材の外側の主
面に、反応ガスの通路を有しリン酸を保持するリザーバ
プレートを配して形成される単セルを用いるリン酸型燃
料電池において、触媒層を基材の高温度部分に面して配
置し、かつ、リザーバプレートに、反応ガスが基材の触
媒層設置位置に対向する部分に供給され基材の触媒層非
設置位置に対向する部分へと通流して排出される反応ガ
スの通路を備えることとしたので、反応部は従来と同様
の温度分布を有して所定の電池特性を維持し、かつ、反
応部に供給された反応ガスは反応部の脇に設けられた相
対的に温度の低い部分を通流して排出され、飛散したリ
ン酸が各単セル内で回収されるので、所定のセル寿命を
保持し、かつ長時間に渡って外部よりリン酸の補給を行
わずとも運転できるリン酸型燃料電池が得られることと
なった。
を保持する平板状のマトリックスの両主面に、基材に支
持された触媒層を配置し、さらに二つの基材の外側の主
面に、反応ガスの通路を有しリン酸を保持するリザーバ
プレートを配して形成される単セルを用いるリン酸型燃
料電池において、触媒層を基材の高温度部分に面して配
置し、かつ、リザーバプレートに、反応ガスが基材の触
媒層設置位置に対向する部分に供給され基材の触媒層非
設置位置に対向する部分へと通流して排出される反応ガ
スの通路を備えることとしたので、反応部は従来と同様
の温度分布を有して所定の電池特性を維持し、かつ、反
応部に供給された反応ガスは反応部の脇に設けられた相
対的に温度の低い部分を通流して排出され、飛散したリ
ン酸が各単セル内で回収されるので、所定のセル寿命を
保持し、かつ長時間に渡って外部よりリン酸の補給を行
わずとも運転できるリン酸型燃料電池が得られることと
なった。
【００３０】さらに、上記のリン酸型燃料電池の基材の
温度を、単セルに積層され冷却水を通流して冷却される
冷却板により温度制御することとすれば、燃料電池積層
体に新たに構成部品を組み込む必要がなく、所定のセル
寿命を保持し、かつ長時間に渡って外部よりリン酸の補
給を行わずとも運転できるリン酸型燃料電池として好適
である。
温度を、単セルに積層され冷却水を通流して冷却される
冷却板により温度制御することとすれば、燃料電池積層
体に新たに構成部品を組み込む必要がなく、所定のセル
寿命を保持し、かつ長時間に渡って外部よりリン酸の補
給を行わずとも運転できるリン酸型燃料電池として好適
である。
【００３１】また、リザーバプレートの基材の触媒層非
設置位置に対向する部分の反応ガスの通路の流体抵抗
が、基材の触媒層設置位置に対向する部分の反応ガスの
通路の流体抵抗より大きくなるよう選定すれば、反応ガ
スは排出側において効果的に冷却され、リン酸が回収さ
れることとなるので、より長時間に渡って外部よりリン
酸の補給を行わずとも運転できるリン酸型燃料電池が得
られる。
設置位置に対向する部分の反応ガスの通路の流体抵抗
が、基材の触媒層設置位置に対向する部分の反応ガスの
通路の流体抵抗より大きくなるよう選定すれば、反応ガ
スは排出側において効果的に冷却され、リン酸が回収さ
れることとなるので、より長時間に渡って外部よりリン
酸の補給を行わずとも運転できるリン酸型燃料電池が得
られる。
【００３２】また、上記のリン酸型燃料電池において、
基材の触媒層非設置位置に、触媒層と略同一の厚さを有
しマトリックスと同一の部材よりなる充填材を配するこ
ととすれば、両極間でのリン酸の移動、補給が容易とな
り、より長時間に渡って外部よりリン酸の補給を行わず
とも運転できるリン酸型燃料電池が得られる。
基材の触媒層非設置位置に、触媒層と略同一の厚さを有
しマトリックスと同一の部材よりなる充填材を配するこ
ととすれば、両極間でのリン酸の移動、補給が容易とな
り、より長時間に渡って外部よりリン酸の補給を行わず
とも運転できるリン酸型燃料電池が得られる。
【図１】本発明の第１の実施例の燃料電池積層体の基本
構成を示す断面図
構成を示す断面図
【図２】本発明の第１の実施例の燃料電池積層体の要部
斜視図で、（ａ）はカソード側の構成を示す斜視図、
（ｂ）は冷却板の構成を示す斜視図
斜視図で、（ａ）はカソード側の構成を示す斜視図、
（ｂ）は冷却板の構成を示す斜視図
【図３】本発明の第１の実施例の燃料電池積層体のカソ
ードリザーバプレートのガス通路の基本構成を示す模式
図
ードリザーバプレートのガス通路の基本構成を示す模式
図
【図４】本発明の第２の実施例の燃料電池積層体の要部
斜視図で、（ａ）はカソード側の構成を示す斜視図、
（ｂ）は冷却板の構成を示す斜視図
斜視図で、（ａ）はカソード側の構成を示す斜視図、
（ｂ）は冷却板の構成を示す斜視図
【図５】本発明の第３の実施例の燃料電池積層体のカソ
ードリザーバプレートのガス通路の基本構成を示す模式
図
ードリザーバプレートのガス通路の基本構成を示す模式
図
【図６】本発明の第４の実施例の燃料電池積層体の基本
構成を示す断面図
構成を示す断面図
【図７】この種のリン酸型燃料電池の従来例の基本構成
を示す分解斜視図
を示す分解斜視図
１ カソード触媒層 ２ カソード基材 ３ セパレータ ３Ａ セパレータ ４ カソードリザーバプレート ４Ａ カソードリザーバプレート ４１ 平坦部 ４２ リブ ４２Ａ リブ ４３ 仕切り部 ５ アノードリザーバプレート ６ 冷却板 ７ 冷却パイプ ７Ａ 冷却パイプ ７Ｂ 冷却パイプ ８ アノード基材 ９ アノード触媒層 １０ アノード充填材 １２ マトリックス １３ カソード充填材
Claims (4)
- 【請求項１】リン酸を保持する平板状のマトリックスの
両主面に、基材に支持された触媒層を配置し、さらに二
つの基材の外側の主面に、反応ガスの通路を有しリン酸
を保持するリザーバプレートを配して形成される単セル
を用いるリン酸型燃料電池において、触媒層が温度制御
手段により温度制御される基材の高温度部分に面して配
され、かつ、リザーバプレートに、反応ガスが基材の触
媒層設置位置に対向する部分に供給され基材の触媒層非
設置位置に対向する部分へと通流して排出される反応ガ
スの通路が備えられていることを特徴とするリン酸型燃
料電池。 - 【請求項２】請求項１に記載のリン酸型燃料電池におい
て、基材の温度制御手段が、単セルに積層され冷却水を
通流して冷却される冷却板であることを特徴とするリン
酸型燃料電池。 - 【請求項３】請求項１または２に記載のリン酸型燃料電
池において、リザーバプレートの基材の触媒層非設置位
置に対向する部分の反応ガスの通路の流体抵抗が、基材
の触媒層設置位置に対向する部分の反応ガスの通路の流
体抵抗より大きくなるよう選定されていることを特徴と
するリン酸型燃料電池。 - 【請求項４】請求項１、２または３に記載のリン酸型燃
料電池において、基材の触媒層非設置位置に、触媒層と
略同一の厚さを有しマトリックスと同一の部材よりなる
充填材を配したことを特徴とするリン酸型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7190018A JPH0945346A (ja) | 1995-07-26 | 1995-07-26 | リン酸型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7190018A JPH0945346A (ja) | 1995-07-26 | 1995-07-26 | リン酸型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0945346A true JPH0945346A (ja) | 1997-02-14 |
Family
ID=16251006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7190018A Pending JPH0945346A (ja) | 1995-07-26 | 1995-07-26 | リン酸型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0945346A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6421795B2 (en) | 1997-07-29 | 2002-07-16 | Nec Corporation | Integrated circuit device and its control method |
| KR101305403B1 (ko) * | 2011-12-30 | 2013-09-05 | 대한칼소닉주식회사 | 이차전지 배터리 셀의 방열판용 지그 조립체 및 이를 이용한 이차전지용 방열판의 접합 방법 |
-
1995
- 1995-07-26 JP JP7190018A patent/JPH0945346A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6421795B2 (en) | 1997-07-29 | 2002-07-16 | Nec Corporation | Integrated circuit device and its control method |
| KR101305403B1 (ko) * | 2011-12-30 | 2013-09-05 | 대한칼소닉주식회사 | 이차전지 배터리 셀의 방열판용 지그 조립체 및 이를 이용한 이차전지용 방열판의 접합 방법 |
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