JPH10308227A - 固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents

固体高分子電解質型燃料電池

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JPH10308227A
JPH10308227A JP9116596A JP11659697A JPH10308227A JP H10308227 A JPH10308227 A JP H10308227A JP 9116596 A JP9116596 A JP 9116596A JP 11659697 A JP11659697 A JP 11659697A JP H10308227 A JPH10308227 A JP H10308227A
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separator
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fuel
gas
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義晶 榎並
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】冷媒供給系に過大な負荷を及ぼすことなく、適
度に速い流速の反応ガスの供給が可能で、効率よく運転
できるものとする。 【解決手段】膜電極接合体の外面に波形のセパレ─タを
配してなる単電池を積層して燃料電池積層体を構成する
ものにおいて、互いに隣接するカソ─ド側セパレ─タ１
とアノ─ド側セパレ─タ２の凹部と凸部の連なる方向が
互いに交差するように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体高分子電解
質膜の両面に電極を備えた膜電極接合体に燃料ガスと酸
化剤ガスを供給して電気エネルギーを得る固体高分子電
解質型燃料電池に係わり、特に、燃料ガス、酸化剤ガ
ス、冷却媒体の流路構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は、従来より用いられている固体高
分子電解質型燃料電池の燃料電池積層体の基本構成を模
式的に示す断面図である。波形の燃料電極側セパレータ
１と酸化剤電極側セパレータ２により膜電極接合体３を
挟み、側端にシール材４を配して単電池を形成し、さら
に、この単電池をシール材４を組み込みながら積層する
ことにより燃料電池積層体が構成されている。膜電極接
合体３は、固体高分子電解質膜の両面に貴金属、主とし
て白金を含む触媒層を接合し、さらに多孔質の拡散層を
配して形成されている。また、燃料電極側セパレータ１
と酸化剤電極側セパレータ２は、カーボンや金属等の導
電性かつガス不透過性の材料を用いて、切削加工、ある
いはプレス成形等により形成されている。波型形状の燃
料電極側セパレータ１と膜電極接合体３との間の燃料電
極側セパレータ１の凹部に形成される燃料ガス通流路１
１には、燃料電極に供給する燃料ガスが通流され、同様
に、酸化剤電極側セパレータ２と膜電極接合体３との間
の酸化剤電極側セパレータ２の凹部に形成される酸化剤
ガス通流路１２には、酸化剤電極に供給する酸化剤ガス
が通流される。また、隣接する燃料電極側セパレータ１
と酸化剤電極側セパレータ２との間に形成される冷却媒
体通流路１３には冷却媒体が通流され、燃料電池積層体
の冷却に用いられる。
【０００３】図６は、図５の燃料電池積層体の隣接する
セパレータの積層状態を示す斜視図である。燃料電極側
セパレータ１と酸化剤電極側セパレータ２の、波形の凹
部と凸部の連なる方向が同一方向に配され、膜電極接合
体３より隔たった凸部を互いに突き合わせて積層されて
いる。このため、相互の接触面積が比較的大きくなり、
接触電気抵抗が小さくなる。したがって、電池の内部損
失も小さくなる。
【０００４】図７は、本構成の燃料電池積層体における
冷却媒体の通流路の構成例を模式的に示す平面図であ
る。図において、５は冷却媒体入口マニホールド、６は
冷却媒体出口マニホールド、７は燃料ガス入口マニホー
ルド、８は燃料ガス出口マニホールド、９は酸化剤ガス
入口マニホールド、１０は酸化剤ガス出口マニホールド
である。また、４は図５において断面のみ示したシール
材である。冷却媒体入口マニホールド５より導入された
冷却媒体は、燃料電極側セパレータ１と酸化剤電極側セ
パレータ２の間に並列に接続された冷媒通流路１３を通
流し、燃料電池積層体の発熱を除去して冷却したのち冷
却媒体出口マニホールド６より外部へと排出される。な
お、本図では冷媒通流路１３を例示したが、燃料ガスの
流路や酸化剤ガスの流路も冷媒の流路と同一方向に通流
する構成であり、これらのガスも並列回路を通流するこ
ととなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の固体高分子電解
質型燃料電池の燃料電池積層体においては、図５〜７に
示したごとく構成されているので、隣接する燃料電極側
セパレータ１と酸化剤電極側セパレータ２の間の接触電
気抵抗が小さく、電池の内部損失を小さく抑えることが
でき、かつ、冷媒や反応ガスの流路を並列に配すること
により、各通流路の流体の圧力損失を低く抑え、冷媒や
反応ガスの供給系の負荷を軽減することが容易となると
いう利点がある。
【０００６】しかしながら、一方、上記のごとき並列接
続した流路構成では、反応ガスの利用効率を上げるため
に流速を増大することが困難であり、流速を増大するた
めに反応ガスの流路を直列に接続して構成すると、図８
に示したごとく、冷媒の流路も、冷却媒体入口マニホー
ルド５より冷却媒体出口マニホールド６へと多数の冷媒
通流路１３を蛇行して通流する直列接続の流路となるの
で、圧力損失が過大となり、適切な冷却が困難になると
いう難点がある。
【０００７】本発明の目的は、上記のごとき従来技術の
難点を解消して、冷媒供給系に過大な負荷を及ぼすこと
なく、適度に速い流速の反応ガスの供給が可能で、効率
よく運転できる固体高分子電解質型燃料電池を提供する
ことにある。
【０００８】
【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、固体高分子電解質膜の両主面
に酸化剤電極と燃料電極を配してなる膜電極接合体と、
その外面に配されるセパレータよりなる単電池を複数個
積層して燃料電池積層体を構成し、隣接するセパレータ
とセパレータとの間に冷却媒体を通流して冷却し、酸化
剤電極とセパレータとの間に酸化剤ガスを、また燃料電
極側とセパレータとの間に燃料ガスを通流して電気化学
反応により発電する固体高分子電解質型燃料電池におい
て、上記のセパレータに、凹部と凸部が交互に連なる波
形の断面形状を備え、電極に面する側の凹部をガス通流
路とし、この面の凸部に対応する反対面の凹部を冷却媒
体の通流路とする波形のセパレータを用い、かつ、隣接
するセパレータの凹部と凸部の連なる方向が互いに交差
するように配設することとする。
【０００９】上記のごとくとすれば、酸化剤ガスおよび
燃料ガスは、それぞれセパレータの電極に面する側の線
状に連なる凹部を通流することとなるので、この流路を
側端において接続することにより蛇行する直列接続回路
が形成可能となり、適度に速い流速の反応ガスの供給が
可能となる。一方、隣接するセパレータとセパレータと
の間に冷却媒体を通流して冷却されるが、二つのセパレ
ータの凹部と凸部の線状に連なる方向が互いに交差する
ように配設されているので、二つのセパレータが互いに
接して冷却媒体の通流が不可能となる部分は、線上に連
なることなく部分的に独立して存在することとなる。し
たがって、冷却媒体はこの部分を除いて分散して通流す
ることとなり、通流に伴う圧力損失は極めて低い値に抑
えられることとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の固体高分子電解
質型燃料電池の実施例における燃料電池積層体の隣接す
るセパレータの積層状態を示す斜視図である。燃料電極
側セパレータ１と酸化剤電極側セパレータ２の、波形の
凹部と凸部の線状に連なる方向が互いに交差し、直交す
るように配されているのが特徴である。なお、本実施例
においては、セパレータとして SUS316Lの板をプレス成
形したものを用いた。
【００１１】図２は、本構成の燃料電池積層体の燃料ガ
ス通流路の基本構成を示す平面図である。また、図３
は、同じく酸化剤ガス通流路の基本構成を示す平面図、
図４は、冷却媒体通流路の基本構成を示す平面図であ
る。いずれの図においても、従来例で示した図７、図８
と同様に、５は冷却媒体入口マニホールド、６は冷却媒
体出口マニホールド、７は燃料ガス入口マニホールド、
８は燃料ガス出口マニホールド、９は酸化剤ガス入口マ
ニホールド、１０は酸化剤ガス出口マニホールドであ
り、４はシール材である。
【００１２】図２に見られるように、燃料ガス通流路１
１は、図中左下と右上を結ぶ方向に線上に配したガス通
流路を側端で連結して蛇行する流路として形成されてお
り、図中左上の燃料ガス入口マニホールド７より導入さ
れた燃料ガスは、蛇行する流路を通流して図中右下へと
至り、燃料ガス出口マニホールド８より排出される構成
である。同様に、酸化剤ガス通流路１２は、図３に見ら
れるように、図中左下と右上を結ぶ方向に線上に配した
ガス通流路を側端で連結して蛇行する流路として形成さ
れており、酸化剤ガスは、図中左下の酸化剤ガス入口マ
ニホールド９より導入され、蛇行する流路を通流して、
図中右上の酸化剤ガス入口マニホールド１０より排出さ
れる構成である。また、燃料電極側セパレータ１と酸化
剤電極側セパレータ２の間に通流される冷却媒体は、二
つのセパレータの接する部分、すなわち、図２の燃料ガ
ス通流路１１と図３の酸化剤ガス通流路１２の重なり合
う部分を除いて通流可能であるので、冷却媒体通流路１
３は図４に示したごとく格子状の流路を備えることとな
る。
【００１３】したがって、本構成では、燃料ガスと酸化
剤ガスは蛇行する流路を通流するので、適度に流速の速
い反応ガスの供給が可能となり、一方、冷却媒体は格子
状の流路を通流するので、圧力損失は極めて低い値に抑
えられることとなる。
【００１４】
【発明の効果】上述のごとく、本発明によれば、固体高
分子電解質型燃料電池を請求項１に記載のごとくに構成
することとしたので、冷媒供給系に過大な負荷を及ぼす
ことなく、適度に速い流速の反応ガスの供給が可能で、
効率よく運転できる固体高分子電解質型燃料電池が得ら
れることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における燃料電池積層体の隣接
するセパレータの積層状態を示す斜視図
【図２】図１の実施例の燃料電池積層体の燃料ガス通流
路の基本構成を示す平面図
【図３】図１の実施例の燃料電池積層体の酸化剤ガス通
流路の基本構成を示す平面図
【図４】図１の実施例の燃料電池積層体の冷却媒体通流
路の基本構成を示す平面図
【図５】従来より用いられている固体高分子電解質型燃
料電池の燃料電池積層体の基本構成を模式的に示す断面
図
【図６】図５の従来例における燃料電池積層体の隣接す
るセパレータの積層状態を示す斜視図
【図７】図５の従来例における燃料電池積層体の冷却媒
体通流路の基本構成の一例を示す平面図
【図８】図５の従来例における燃料電池積層体の冷却媒
体通流路の基本構成の他の例を示す平面図
【符号の説明】
１ カソード側セパレータ ２ アノード側セパレータ ３ 膜電極接合体 ４ シール材 ５ 冷却媒体入口マニホールド ６ 冷却媒体出口マニホールド ７ 燃料ガス入口マニホールド ８ 燃料ガス出口マニホールド ９ 酸化剤ガス入口マニホールド １０ 酸化剤ガス出口マニホールド １１ 燃料ガス通流路 １２ 酸化剤ガス通流路 １３ 冷却媒体通流路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】固体高分子電解質膜の両主面に酸化剤電極
    と燃料電極を配してなる膜電極接合体と、その外面に配
    されるセパレータよりなる単電池を複数個積層して燃料
    電池積層体を構成し、隣接するセパレータとセパレータ
    との間に冷却媒体を通流して冷却し、酸化剤電極とセパ
    レータとの間に酸化剤ガスを、また燃料電極側とセパレ
    ータとの間に燃料ガスを通流して電気化学反応により発
    電する固体高分子電解質型燃料電池において、前記のセ
    パレータが、凹部と凸部が交互に連なる波形の断面形状
    を備え、電極に面する側の凹部をガス通流路とし、この
    面の凸部に対応する反対面の凹部を冷却媒体の通流路と
    する波形のセパレータよりなり、かつ、隣接するセパレ
    ータの凹部と凸部の連なる方向が互いに交差するよう配
    されてなることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電
    池。
JP9116596A 1997-05-07 1997-05-07 固体高分子電解質型燃料電池 Pending JPH10308227A (ja)

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