JPH1050327A - 固体高分子型燃料電池 - Google Patents
固体高分子型燃料電池Info
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】単電池に多量の水分を含む反応ガスが通流され
るものにあっても、ガス通路への水分の結露が抑制さ
れ、電池性能の低下をもたらすことなく安定して運転で
きるものとする。 【解決手段】固体高分子膜からなる電解質層１の両主面
に燃料電極２と酸化剤電極３を配し、その両外面に燃料
ガス通路６を備えたセパレート板４Ａと、酸化剤ガス通
路７を備えたセパレート板５Ａを配して単電池を構成す
るものにおいて、セパレート板４Ａ，５Ａの中央部に、
長辺と短辺の辺比が大きく冷却性能の高い冷却水路２０
Ａを、また側端部近傍に、より辺比が小さく冷却性能の
低い冷却水路２０Ｂを配し、これらを直列に接続して冷
却水通路８Ａを構成して、冷却水を通流して冷却する。
るものにあっても、ガス通路への水分の結露が抑制さ
れ、電池性能の低下をもたらすことなく安定して運転で
きるものとする。 【解決手段】固体高分子膜からなる電解質層１の両主面
に燃料電極２と酸化剤電極３を配し、その両外面に燃料
ガス通路６を備えたセパレート板４Ａと、酸化剤ガス通
路７を備えたセパレート板５Ａを配して単電池を構成す
るものにおいて、セパレート板４Ａ，５Ａの中央部に、
長辺と短辺の辺比が大きく冷却性能の高い冷却水路２０
Ａを、また側端部近傍に、より辺比が小さく冷却性能の
低い冷却水路２０Ｂを配し、これらを直列に接続して冷
却水通路８Ａを構成して、冷却水を通流して冷却する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体高分子膜を
電解質保持層とする固体高分子型燃料電池に係わり、特
に単電池を構成するガス不透過性のセパレート板に設け
られる冷却水通路の構成に関する。
電解質保持層とする固体高分子型燃料電池に係わり、特
に単電池を構成するガス不透過性のセパレート板に設け
られる冷却水通路の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は、従来より用いられている固体高
分子型燃料電池の単電池の基本構成を示す模式図で、
（ａ）は積層方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ面
における断面図である。図３（ａ）に見られるごとく、
イオン導電性の固体高分子膜からなる電解質層１の両主
面に燃料電極２と酸化剤電極３を密接して配し、さらに
その両外面にセパレート板４とセパレート板５を配して
単電池が構成されている。セパレート板４には、燃料電
極２に面する主面に燃料ガス通流溝６が、またその背面
側には冷却水通路８が備えられている。同様にセパレー
ト板５には、酸化剤電極３に面する主面に酸化剤ガス通
流溝７が、またその背面側には冷却水通路８が備えられ
ている。通常の固体高分子型燃料電池は、このように形
成された単電池を多数積層することにより構成されてお
り、ガス不透過性材料よりなるセパレート板４、セパレ
ート板５により各単電池間の反応ガスの気密が保持さ
れ、また、冷却水通路８に通流する冷却水により発電に
伴う発熱を除去して適正な温度に保持されている。
分子型燃料電池の単電池の基本構成を示す模式図で、
（ａ）は積層方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ面
における断面図である。図３（ａ）に見られるごとく、
イオン導電性の固体高分子膜からなる電解質層１の両主
面に燃料電極２と酸化剤電極３を密接して配し、さらに
その両外面にセパレート板４とセパレート板５を配して
単電池が構成されている。セパレート板４には、燃料電
極２に面する主面に燃料ガス通流溝６が、またその背面
側には冷却水通路８が備えられている。同様にセパレー
ト板５には、酸化剤電極３に面する主面に酸化剤ガス通
流溝７が、またその背面側には冷却水通路８が備えられ
ている。通常の固体高分子型燃料電池は、このように形
成された単電池を多数積層することにより構成されてお
り、ガス不透過性材料よりなるセパレート板４、セパレ
ート板５により各単電池間の反応ガスの気密が保持さ
れ、また、冷却水通路８に通流する冷却水により発電に
伴う発熱を除去して適正な温度に保持されている。
【０００３】また、セパレート板４、セパレート板５に
備えられた冷却水通路８は、図３（ｂ）に見られるよう
に、複数の平行する矩形断面の冷却路の直列接続体より
構成されており、冷却水入口１１より供給された冷却水
は、直列接続された複数の平行する冷却水路をジグザグ
に通流して、発電に伴って生じた発熱を吸収して、冷却
水出口１２より排出される。
備えられた冷却水通路８は、図３（ｂ）に見られるよう
に、複数の平行する矩形断面の冷却路の直列接続体より
構成されており、冷却水入口１１より供給された冷却水
は、直列接続された複数の平行する冷却水路をジグザグ
に通流して、発電に伴って生じた発熱を吸収して、冷却
水出口１２より排出される。
【０００４】この固体高分子型燃料電池は、電解質層に
用いられる固体高分子膜のイオン導電率が高いので、従
来のリン酸型燃料電池や溶融炭酸塩型燃料電池などと比
べて高い出力密度が得られるという特徴を持つ。また、
定常運転温度は、通常、60〜100 ℃程度であるが、室温
付近のイオン導電率が他の燃料電池に比べて高く、室温
から負荷運転できるという特徴がある。
用いられる固体高分子膜のイオン導電率が高いので、従
来のリン酸型燃料電池や溶融炭酸塩型燃料電池などと比
べて高い出力密度が得られるという特徴を持つ。また、
定常運転温度は、通常、60〜100 ℃程度であるが、室温
付近のイオン導電率が他の燃料電池に比べて高く、室温
から負荷運転できるという特徴がある。
【０００５】また、固体高分子型燃料電池に用いられる
固体高分子膜は、分子中にプロトン（水素イオン）交換
基を備えており、飽和に含水させることにより比抵抗が
小さくなり、プロトン導電性電解質として機能する。し
たがって、固体高分子型燃料電池の発電効率を維持する
ためには、膜の含水状態を飽和に維持することが必要で
ある。このため、反応ガスに水を供給し湿度を高めて燃
料電池に供給することにより、膜からの水の蒸発を抑
え、膜の乾燥を防止する方法が採られている。
固体高分子膜は、分子中にプロトン（水素イオン）交換
基を備えており、飽和に含水させることにより比抵抗が
小さくなり、プロトン導電性電解質として機能する。し
たがって、固体高分子型燃料電池の発電効率を維持する
ためには、膜の含水状態を飽和に維持することが必要で
ある。このため、反応ガスに水を供給し湿度を高めて燃
料電池に供給することにより、膜からの水の蒸発を抑
え、膜の乾燥を防止する方法が採られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、固体高
分子型燃料電池においては、固体高分子膜の含水状態を
飽和に維持するために、反応ガスを加湿して供給してい
る。一方、燃料電池では発電反応に伴って反応生成水が
発生し、加湿して供給された反応ガスに反応生成水が加
わることとなる。図４は、単電池内部を通流する反応ガ
スに含まれる水分量を示す特性図である。すなわち、入
口部の反応ガスに含まれる水分量は、加湿処理により加
えられた持込水のみであるが、単電池内部を通流するに
伴って、反応により生成する生成水が加わり、下流側に
行くに従い反応ガスに含まれる水分量が増大することと
なる。
分子型燃料電池においては、固体高分子膜の含水状態を
飽和に維持するために、反応ガスを加湿して供給してい
る。一方、燃料電池では発電反応に伴って反応生成水が
発生し、加湿して供給された反応ガスに反応生成水が加
わることとなる。図４は、単電池内部を通流する反応ガ
スに含まれる水分量を示す特性図である。すなわち、入
口部の反応ガスに含まれる水分量は、加湿処理により加
えられた持込水のみであるが、単電池内部を通流するに
伴って、反応により生成する生成水が加わり、下流側に
行くに従い反応ガスに含まれる水分量が増大することと
なる。
【０００７】一方、固体高分子型燃料電池では、図３に
示したように、セパレート板に設けた冷却水流路に冷却
水を通流して発電反応に伴う発熱を除去し所定の温度に
保持するように構成している。冷却水流路は、図３
（ｂ）のごとく、均一に冷却されるよう構成されている
のが通例であり、またセパレート板の外縁部は室温空間
への自然放熱熱量が多いので、中央部が高く、外縁部が
低い温度分布を持つこととなる。したがって、外縁部に
近い部分では反応ガスに含まれる水分が結露しやすくな
る。特に反応ガスの出口に近い部分では含有する水分量
も多いので結露が生じやすく、ガスの拡散性能が低下し
たり、あるいは反応ガス通路が閉塞してガスの通流性能
が低下して、電池性能が低下してしまうという難点があ
った。
示したように、セパレート板に設けた冷却水流路に冷却
水を通流して発電反応に伴う発熱を除去し所定の温度に
保持するように構成している。冷却水流路は、図３
（ｂ）のごとく、均一に冷却されるよう構成されている
のが通例であり、またセパレート板の外縁部は室温空間
への自然放熱熱量が多いので、中央部が高く、外縁部が
低い温度分布を持つこととなる。したがって、外縁部に
近い部分では反応ガスに含まれる水分が結露しやすくな
る。特に反応ガスの出口に近い部分では含有する水分量
も多いので結露が生じやすく、ガスの拡散性能が低下し
たり、あるいは反応ガス通路が閉塞してガスの通流性能
が低下して、電池性能が低下してしまうという難点があ
った。
【０００８】本発明の目的は、上記のごとく単電池に多
量の水分量を含む反応ガスが通流されるものにあって
も、水分の結露が抑制され、電池性能の低下が回避され
て、安定して運転できる固体高分子型燃料電池を提供す
ることにある。
量の水分量を含む反応ガスが通流されるものにあって
も、水分の結露が抑制され、電池性能の低下が回避され
て、安定して運転できる固体高分子型燃料電池を提供す
ることにある。
【０００９】
【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、固体高分子膜からなる電解質
層と、電解質層の両主面に配される一組の電極層と、電
極層の両外面に配されるガス通路と冷却水通路を有する
一組のガス不透過性のセパレート板とを備えてなる単電
池を積層して燃料電池積層体を形成し、各単電池の冷却
水通路に冷却水を通流して所定温度に保持し、ガス通路
に燃料ガスおよび酸化剤ガスを通流して発電運転される
固体高分子型燃料電池において、 （１）上記の冷却水通路を、複数の平行する矩形断面の
冷却水路の直列接続体より構成し、かつ、セパレート板
の側端近傍に配した冷却水路の矩形断面の長辺と短辺の
比がセパレート板の中央部に配した冷却水路の矩形断面
の長辺と短辺の比より小さくなるように形成することと
する。
めに、本発明においては、固体高分子膜からなる電解質
層と、電解質層の両主面に配される一組の電極層と、電
極層の両外面に配されるガス通路と冷却水通路を有する
一組のガス不透過性のセパレート板とを備えてなる単電
池を積層して燃料電池積層体を形成し、各単電池の冷却
水通路に冷却水を通流して所定温度に保持し、ガス通路
に燃料ガスおよび酸化剤ガスを通流して発電運転される
固体高分子型燃料電池において、 （１）上記の冷却水通路を、複数の平行する矩形断面の
冷却水路の直列接続体より構成し、かつ、セパレート板
の側端近傍に配した冷却水路の矩形断面の長辺と短辺の
比がセパレート板の中央部に配した冷却水路の矩形断面
の長辺と短辺の比より小さくなるように形成することと
する。
【００１０】（２）あるいは、上記の冷却水通路を、燃
料ガスあるいは酸化剤ガスの通流方向と直交する方向に
通流する複数の平行する矩形断面の冷却水路の直列接続
体より構成し、かつ、燃料ガスあるいは酸化剤ガスの下
流側に配した冷却水路の矩形断面の長辺と短辺の比が、
そのガスの上流側に配した冷却水路の矩形断面の長辺と
短辺の比より小さくなるように形成することとする。
料ガスあるいは酸化剤ガスの通流方向と直交する方向に
通流する複数の平行する矩形断面の冷却水路の直列接続
体より構成し、かつ、燃料ガスあるいは酸化剤ガスの下
流側に配した冷却水路の矩形断面の長辺と短辺の比が、
そのガスの上流側に配した冷却水路の矩形断面の長辺と
短辺の比より小さくなるように形成することとする。
【００１１】（３）さらに（１）あるいは（２）の冷却
水通路を構成する複数の矩形断面の冷却水路を、長辺を
単電池の主面に平行に配し、かつ複数の冷却水路の矩形
断面の長辺を同一長さに形成することとする。セパレー
ト板の冷却水通路を流れる冷却水は層流として通流し、
冷却水通路の壁面より熱伝達により熱を受けてセパレー
ト板を冷却することとなる。
水通路を構成する複数の矩形断面の冷却水路を、長辺を
単電池の主面に平行に配し、かつ複数の冷却水路の矩形
断面の長辺を同一長さに形成することとする。セパレー
ト板の冷却水通路を流れる冷却水は層流として通流し、
冷却水通路の壁面より熱伝達により熱を受けてセパレー
ト板を冷却することとなる。
【００１２】矩形断面を備えた管内の流れの層流熱伝達
においては、日本機械学会編；伝熱工学資料（改訂第４
版）p.50（1986）に見られるように、速度分布と温度分
布が十分に発達した領域におけるヌセルト数Ｎu は、辺
比（長辺と短辺の比）によって異なり、例えば熱負荷が
一定で周囲の４面がすべて伝熱面の場合のヌセルト数Ｎ
u は、辺比が１、２、５のとき、それぞれ、3.60、4.1
1、5.70となる。同一流体で同一温度差であれば、ヌセ
ルト数がＮu 、表面積がＳ、相当直径がｄのときの単位
長さ当たりの熱伝達量は、Ｎu Ｓ／ｄに比例する。矩形
断面の長辺をａ、短辺をｂとすると、Ｓは（ａ＋ｂ）に
比例し、ｄは２ａｂ／（ａ＋ｂ）で与えられ、Ｓ／ｄは
（ａ＋ｂ）2 ／ａｂに比例する。しかるに、（ａ＋ｂ）
2 ／ａｂの値は、ａ／ｂの値が１のとき最小値の４とな
り、ａ／ｂの値が２、５と増加すれば、4.5 、7.2 と増
加する。したがって、上記のように辺比の増加とともに
ヌセルト数Ｎu も増加すれば、単位長さ当たりの熱伝達
量も増加することとなる。したがって、矩形断面の冷却
水路の断面積が同一の場合にも、また、矩形断面の冷却
水路の長辺の長さが同一の場合には、辺比が１、２、５
であれば、単位長さ当たりの熱伝達量の比は14.5、18.
5、41.0となり、辺比が大きくなればなるほど、熱伝達
量が大きくなる。
においては、日本機械学会編；伝熱工学資料（改訂第４
版）p.50（1986）に見られるように、速度分布と温度分
布が十分に発達した領域におけるヌセルト数Ｎu は、辺
比（長辺と短辺の比）によって異なり、例えば熱負荷が
一定で周囲の４面がすべて伝熱面の場合のヌセルト数Ｎ
u は、辺比が１、２、５のとき、それぞれ、3.60、4.1
1、5.70となる。同一流体で同一温度差であれば、ヌセ
ルト数がＮu 、表面積がＳ、相当直径がｄのときの単位
長さ当たりの熱伝達量は、Ｎu Ｓ／ｄに比例する。矩形
断面の長辺をａ、短辺をｂとすると、Ｓは（ａ＋ｂ）に
比例し、ｄは２ａｂ／（ａ＋ｂ）で与えられ、Ｓ／ｄは
（ａ＋ｂ）2 ／ａｂに比例する。しかるに、（ａ＋ｂ）
2 ／ａｂの値は、ａ／ｂの値が１のとき最小値の４とな
り、ａ／ｂの値が２、５と増加すれば、4.5 、7.2 と増
加する。したがって、上記のように辺比の増加とともに
ヌセルト数Ｎu も増加すれば、単位長さ当たりの熱伝達
量も増加することとなる。したがって、矩形断面の冷却
水路の断面積が同一の場合にも、また、矩形断面の冷却
水路の長辺の長さが同一の場合には、辺比が１、２、５
であれば、単位長さ当たりの熱伝達量の比は14.5、18.
5、41.0となり、辺比が大きくなればなるほど、熱伝達
量が大きくなる。
【００１３】したがって、上記（１）のごとくに構成す
れば、セパレート板の中央部に配した冷却水路に比較し
て、セパレート板の側端近傍に配した冷却水路の矩形断
面の辺比が小さいので、中央部に比べて側端近傍の冷却
熱伝達量が小さくなる。したがって、通流する反応ガス
の側端近傍での冷却能力が低下し、特に多量に水分を含
む出口側の反応ガスの水分の凝縮、結露が抑制され、電
池性能の低下が回避されることとなる。
れば、セパレート板の中央部に配した冷却水路に比較し
て、セパレート板の側端近傍に配した冷却水路の矩形断
面の辺比が小さいので、中央部に比べて側端近傍の冷却
熱伝達量が小さくなる。したがって、通流する反応ガス
の側端近傍での冷却能力が低下し、特に多量に水分を含
む出口側の反応ガスの水分の凝縮、結露が抑制され、電
池性能の低下が回避されることとなる。
【００１４】また、上記（２）のごとくに構成すれば、
反応ガスが多量に水分を含む出口側に行くに従い冷却水
路の矩形断面の辺比が小さく、冷却熱伝達量が小さくな
るので、反応ガスの冷却が抑えられ、水分の凝縮、結露
が抑制され、電池性能の低下が回避されることとなる。
また、上記（３）のごとくに構成すれば、同一幅の冷却
水路を加工することにより作業性よく上記の冷却性能を
備えた冷却水路が得られることとなる。
反応ガスが多量に水分を含む出口側に行くに従い冷却水
路の矩形断面の辺比が小さく、冷却熱伝達量が小さくな
るので、反応ガスの冷却が抑えられ、水分の凝縮、結露
が抑制され、電池性能の低下が回避されることとなる。
また、上記（３）のごとくに構成すれば、同一幅の冷却
水路を加工することにより作業性よく上記の冷却性能を
備えた冷却水路が得られることとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による固体高分子
型燃料電池の第１実施例の単電池の基本構成を示す模式
図で、（ａ）は積層方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ
−Ｘ面における断面図である。本図において、図３に示
した従来例と同一の機能を有する構成要素には同一符号
を付し、重複する説明は省略する。
型燃料電池の第１実施例の単電池の基本構成を示す模式
図で、（ａ）は積層方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ
−Ｘ面における断面図である。本図において、図３に示
した従来例と同一の機能を有する構成要素には同一符号
を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】本実施例の構成の従来例との差異は、セパ
レート板４Ａ，５Ａに備えられた冷却水通路にある。図
３に示した従来例においては、複数の平行に配置された
同一の矩形断面をもつ冷却水路を直列接続して冷却水通
路を構成していたのに対して、本実施例においては、セ
パレート板４Ａ，５Ａの中央部に長辺と短辺の辺比の大
きい冷却水路２０Ａを、また側端近傍に長辺が冷却水路
２０Ａと同一で短辺が冷却水路２０Ａより大きい冷却水
路２０Ｂを、いずれも長辺を単電池の主面に平行にして
配し、これらを直列接続して冷却水通路８Ａを構成して
いる。
レート板４Ａ，５Ａに備えられた冷却水通路にある。図
３に示した従来例においては、複数の平行に配置された
同一の矩形断面をもつ冷却水路を直列接続して冷却水通
路を構成していたのに対して、本実施例においては、セ
パレート板４Ａ，５Ａの中央部に長辺と短辺の辺比の大
きい冷却水路２０Ａを、また側端近傍に長辺が冷却水路
２０Ａと同一で短辺が冷却水路２０Ａより大きい冷却水
路２０Ｂを、いずれも長辺を単電池の主面に平行にして
配し、これらを直列接続して冷却水通路８Ａを構成して
いる。
【００１７】したがって、本構成では、辺比が大きく、
したがって冷却熱伝達量の多い冷却水路２０Ａが中央部
に、辺比が小さく、したがって冷却熱伝達量の少ない冷
却水路２０Ｂが側端近傍に配されることとなるので、セ
パレート板４Ａの燃料ガス通路６を通流する燃料ガス、
あるいはセパレート板５Ａの酸化剤ガス通路７を通流す
る酸化剤ガスの側端近傍での冷却能力が低下して、多量
に水分を含む出口側の燃料ガス、酸化剤ガスの水分の凝
縮、結露が抑制されることとなり、水分の凝縮、結露に
伴って生じる電池性能の低下が回避されることとなる。
したがって冷却熱伝達量の多い冷却水路２０Ａが中央部
に、辺比が小さく、したがって冷却熱伝達量の少ない冷
却水路２０Ｂが側端近傍に配されることとなるので、セ
パレート板４Ａの燃料ガス通路６を通流する燃料ガス、
あるいはセパレート板５Ａの酸化剤ガス通路７を通流す
る酸化剤ガスの側端近傍での冷却能力が低下して、多量
に水分を含む出口側の燃料ガス、酸化剤ガスの水分の凝
縮、結露が抑制されることとなり、水分の凝縮、結露に
伴って生じる電池性能の低下が回避されることとなる。
【００１８】図２は、本発明による固体高分子型燃料電
池の第２実施例の単電池の基本構成を示す模式図で、
（ａ）は積層方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ面
における断面図である。本実施例の構成においては、セ
パレート板４Ｂの燃料ガス通路６Ａを流れる燃料ガス、
ならびにセパレート板５Ｂの酸化剤ガス通路７Ａを流れ
る酸化剤ガスが図２（ａ）の上部より下部へと流れ、冷
却水通路８Ｂを構成する冷却水路３０Ａ，３０Ｂ，３０
Ｃ，３０Ｄが、上記の燃料ガスならびに酸化剤ガスに通
流方向と直交するように配されている。また冷却水路３
０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄは、単電池の主面に平行
に配した長辺の長さが同一で、燃料ガスならびに酸化剤
ガスの下流側に行くに従い辺比が小さくなるように形成
されている。
池の第２実施例の単電池の基本構成を示す模式図で、
（ａ）は積層方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ面
における断面図である。本実施例の構成においては、セ
パレート板４Ｂの燃料ガス通路６Ａを流れる燃料ガス、
ならびにセパレート板５Ｂの酸化剤ガス通路７Ａを流れ
る酸化剤ガスが図２（ａ）の上部より下部へと流れ、冷
却水通路８Ｂを構成する冷却水路３０Ａ，３０Ｂ，３０
Ｃ，３０Ｄが、上記の燃料ガスならびに酸化剤ガスに通
流方向と直交するように配されている。また冷却水路３
０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄは、単電池の主面に平行
に配した長辺の長さが同一で、燃料ガスならびに酸化剤
ガスの下流側に行くに従い辺比が小さくなるように形成
されている。
【００１９】したがって、本構成においては、燃料ガス
ならびに酸化剤ガスが多量に水分を含む出口側に行くに
従い、冷却水路の矩形断面の辺比が小さく、したがって
冷却熱伝達量が小さくなるので、反応ガスの冷却が抑え
られ、水分の凝縮、結露が抑制されることとなるので、
水分の凝縮、結露に伴って生じる電池性能の低下が回避
されることとなる。
ならびに酸化剤ガスが多量に水分を含む出口側に行くに
従い、冷却水路の矩形断面の辺比が小さく、したがって
冷却熱伝達量が小さくなるので、反応ガスの冷却が抑え
られ、水分の凝縮、結露が抑制されることとなるので、
水分の凝縮、結露に伴って生じる電池性能の低下が回避
されることとなる。
【００２０】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、固体高
分子型燃料電池を請求項１に記載のごとく構成すること
としたので、燃料ガスならびに酸化剤ガスを通流するセ
パレート板の温度分布が改善され、燃料ガスならびに酸
化剤ガスの出口側の側端部の冷却性能が低下することと
なったので、多量の水分量を含むガスが通流されるもの
にあっても、水分の結露が抑制され、電池性能の低下が
回避されて、安定して運転できる固体高分子型燃料電池
が得られることとなった。
分子型燃料電池を請求項１に記載のごとく構成すること
としたので、燃料ガスならびに酸化剤ガスを通流するセ
パレート板の温度分布が改善され、燃料ガスならびに酸
化剤ガスの出口側の側端部の冷却性能が低下することと
なったので、多量の水分量を含むガスが通流されるもの
にあっても、水分の結露が抑制され、電池性能の低下が
回避されて、安定して運転できる固体高分子型燃料電池
が得られることとなった。
【００２１】また、固体高分子型燃料電池を請求項２の
ごとく構成することとしても、同様に、燃料ガスならび
に酸化剤ガスの出口側の側端部の冷却性能が低下するこ
ととなり、多量の水分量を含むガスが通流されるものに
あっても、水分の結露が抑制され、電池性能の低下が回
避されて、安定して運転できる固体高分子型燃料電池が
得られることとなる。
ごとく構成することとしても、同様に、燃料ガスならび
に酸化剤ガスの出口側の側端部の冷却性能が低下するこ
ととなり、多量の水分量を含むガスが通流されるものに
あっても、水分の結露が抑制され、電池性能の低下が回
避されて、安定して運転できる固体高分子型燃料電池が
得られることとなる。
【００２２】また、請求項３のごとく構成することとす
れば、簡単な加工で形成できるので好適である。
れば、簡単な加工で形成できるので好適である。
【図１】本発明の固体高分子型燃料電池の第１実施例の
単電池の基本構成を示す模式図で、（ａ）は積層方向の
断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ面における断面図
単電池の基本構成を示す模式図で、（ａ）は積層方向の
断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ面における断面図
【図２】本発明の固体高分子型燃料電池の第２実施例の
単電池の基本構成を示す模式図で、（ａ）は積層方向の
断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ面における断面図
単電池の基本構成を示す模式図で、（ａ）は積層方向の
断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ面における断面図
【図３】従来の固体高分子型燃料電池の単電池の基本構
成を示す模式図で、（ａ）は積層方向の断面図、（ｂ）
は（ａ）のＸ−Ｘ面における断面図
成を示す模式図で、（ａ）は積層方向の断面図、（ｂ）
は（ａ）のＸ−Ｘ面における断面図
【図４】単電池内部を通流する反応ガスに含まれる水分
量の変化を示す特性図
量の変化を示す特性図
１ 電解質層 ２ 燃料電極 ３ 酸化剤電極 ４ セパレート板 ４Ａ，４Ｂ セパレート板 ５ セパレート板 ５Ａ，５Ｂ セパレート板 ６ 燃料ガス通路 ７ 酸化剤ガス通路 ８ 冷却水通路 ８Ａ，８Ｂ 冷却水通路 ２０Ａ，２０Ｂ 冷却水路 ２１ 冷却水入口 ２２ 冷却水出口 ３０Ａ，３０Ｂ 冷却水路 ３０Ｃ，３０Ｄ 冷却水路 ３１ 冷却水入口 ３２ 冷却水出口
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年１０月８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
Claims (3)
- 【請求項１】固体高分子膜からなる電解質層と、電解質
層の両主面に配される一組の電極層と、電極層の両外面
に配されるガス通路と冷却水通路を有する一組のガス不
透過性のセパレート板とを備えてなる単電池を積層して
燃料電池積層体を形成し、各単電池の冷却水通路に冷却
水を通流して所定温度に保持し、ガス通路に燃料ガスお
よび酸化剤ガスを通流して発電運転される固体高分子型
燃料電池において、 前記冷却水通路が、複数の平行する矩形断面の冷却水路
の直列接続体より構成され、かつ、セパレート板の側端
近傍に配された冷却水路の矩形断面の長辺と短辺の比が
セパレート板の中央部に配された冷却水路の矩形断面の
長辺と短辺の比より小さくなるよう形成されていること
を特徴とする固体高分子型燃料電池。 - 【請求項２】固体高分子膜からなる電解質層と、電解質
層の両主面に配される一組の電極層と、電極層の両外面
に配されるガス通路と冷却水通路を有する一組のガス不
透過性のセパレート板とを備えてなる単電池を積層して
燃料電池積層体を形成し、各単電池の冷却水通路に冷却
水を通流して所定温度に保持し、ガス通路に燃料ガスお
よび酸化剤ガスを通流して発電運転される固体高分子型
燃料電池において、 前記冷却水通路が、燃料ガスあるいは酸化剤ガスの通流
方向と直交する方向に通流する複数の平行する矩形断面
の冷却水路の直列接続体より構成され、かつ、燃料ガス
あるいは酸化剤ガスの下流側に配された冷却水路の矩形
断面の長辺と短辺の比が、当該ガスの上流側に配された
冷却水路の矩形断面の長辺と短辺の比より小さくなるよ
う形成されていることを特徴とする固体高分子型燃料電
池。 - 【請求項３】前記の冷却水通路を構成する複数の矩形断
面の冷却水路が、長辺を単電池の主面に平行に備え、か
つ複数の冷却水路の矩形断面の長辺が同一長さに形成さ
れていることを特徴とする請求項１または２に記載の固
体高分子型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8207495A JPH1050327A (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | 固体高分子型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8207495A JPH1050327A (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | 固体高分子型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1050327A true JPH1050327A (ja) | 1998-02-20 |
Family
ID=16540671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8207495A Pending JPH1050327A (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | 固体高分子型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1050327A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6406809B1 (en) | 1999-02-09 | 2002-06-18 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell comprising a separator provided with coolant passages |
| EP1298754A1 (de) * | 2001-09-27 | 2003-04-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenblocks und Brennstoffzellenblock |
| JP2005038845A (ja) * | 2003-06-24 | 2005-02-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高分子電解質型燃料電池 |
| EP1515384A1 (de) * | 2003-09-11 | 2005-03-16 | Sulzer Hexis AG | Wärmetauscher für eine Heizanlage mit integrierten Brennstoffzellen zur Stromerzeugung |
| KR100651216B1 (ko) * | 2005-11-23 | 2006-11-30 | 한국타이어 주식회사 | 냉각 유로가 포함된 고분자 전해질 연료전지용 바이폴라플레이트 |
-
1996
- 1996-08-07 JP JP8207495A patent/JPH1050327A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6406809B1 (en) | 1999-02-09 | 2002-06-18 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell comprising a separator provided with coolant passages |
| EP1298754A1 (de) * | 2001-09-27 | 2003-04-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenblocks und Brennstoffzellenblock |
| WO2003030290A3 (de) * | 2001-09-27 | 2004-01-22 | Siemens Ag | Verfahren zum betreiben eines brennstoffzellenblocks und brennstoffzellenblock |
| JP2005038845A (ja) * | 2003-06-24 | 2005-02-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高分子電解質型燃料電池 |
| EP1515384A1 (de) * | 2003-09-11 | 2005-03-16 | Sulzer Hexis AG | Wärmetauscher für eine Heizanlage mit integrierten Brennstoffzellen zur Stromerzeugung |
| US7641995B2 (en) | 2003-09-11 | 2010-01-05 | Sulzer Hexis Ag | Heat exchanger for a heating system with integrated fuel cells for the production of electricity |
| KR100651216B1 (ko) * | 2005-11-23 | 2006-11-30 | 한국타이어 주식회사 | 냉각 유로가 포함된 고분자 전해질 연료전지용 바이폴라플레이트 |
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