JPH1116589A - Phoshoric acid type fuel cell - Google Patents

Phoshoric acid type fuel cell

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JPH1116589A
JPH1116589A JP9166810A JP16681097A JPH1116589A JP H1116589 A JPH1116589 A JP H1116589A JP 9166810 A JP9166810 A JP 9166810A JP 16681097 A JP16681097 A JP 16681097A JP H1116589 A JPH1116589 A JP H1116589A
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JP
Japan
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porous carbon
phosphoric acid
carbon plate
fuel cell
porous
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Application number
JP9166810A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshinori Nishihara
西原  啓徳
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively recover and recycle a phosphoric acid splashed by power generation in a cell, and allow stable operation for a long time without replenishing a phosphoric acid. SOLUTION: This cell is constituted by layering successively via a separator 6 a cell formed by arranging a porous carbon plate 4A provided with an anode 2 and a flowing groove for fuel gas on one main surface of a matrix 1 holding a phosphoric acid and a porous carbon plate 4B provided with a cathode 3 and a flowing groove for air on the other main surface. In this case, grooves extending to flowing directions of gases are provided in smooth faces opposite to electrodes of the porous carbon plates 4A, 4B, and a porous filler having smaller pores than that of the porous carbon plates 4A, 4B is filled into the grooves.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、りん酸を電解質
として用い、燃料と酸化剤を供給して電気化学反応によ
り電気エネルギーを得るりん酸型燃料電池に係わり、特
にりん酸の回収を可能とする構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phosphoric acid fuel cell using phosphoric acid as an electrolyte and supplying fuel and an oxidizing agent to obtain electric energy by an electrochemical reaction. Related to the structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4は、従来より用いられているりん酸
型燃料電池のセルの基本構成を示す分解斜視図である。
一般に、電解質であるりん酸を平板状のマトリックス1
と呼ばれる多孔体に保持し、この両主面にアノード2
(燃料電極)およびカソード3(酸化剤電極)を配し、
さらにその両外面に、電極部に対向する多孔質カーボン
板4とシール部に対向する多孔質カーボン板5との接合
体を配してセルを構成し、セパレータ6を介して順次積
層するのが通例である。本構成において、アノード2に
対向する多孔質カーボン板4に備えたガス通流溝に燃料
ガスを供給し、カソード3に対向する多孔質カーボン板
4に備えたガス通流溝に酸化剤ガス(空気)を供給する
ことにより、電極上の触媒作用により電気化学反応を起
こさせ、外部に電気を取り出す仕組みとなっている。な
お、多孔質カーボン板4は、ガスを供給するためのガス
通流溝を備えるばかりでなく、その細孔中に補充用のり
ん酸を貯留するりん酸リザーバ機能を備えて構成される
のが一般的である。
2. Description of the Related Art FIG. 4 is an exploded perspective view showing the basic structure of a conventional phosphoric acid type fuel cell.
Generally, a phosphoric acid as an electrolyte is added to a flat matrix 1
And the anode 2
(Fuel electrode) and cathode 3 (oxidant electrode)
Further, on both outer surfaces thereof, a joined body of the porous carbon plate 4 facing the electrode portion and the porous carbon plate 5 facing the seal portion is arranged to form a cell, and the cells are sequentially laminated via the separator 6. It is customary. In this configuration, the fuel gas is supplied to the gas flow grooves provided on the porous carbon plate 4 facing the anode 2, and the oxidant gas ( By supplying (air), an electrochemical reaction is caused by a catalytic action on the electrode to take out electricity to the outside. The porous carbon plate 4 is not only provided with a gas flow groove for supplying gas, but also provided with a phosphate reservoir function of storing supplementary phosphoric acid in its pores. General.

【0003】電解質として用いるりん酸は蒸気圧が非常
に低く、電池内に保持されたりん酸が短時間で枯渇する
恐れはないが、商業的に用いるりん酸型燃料電池では4
〜6万時間の寿命が必要とされており、このように長時
間運転する場合にはセル内のりん酸の消失が深刻な問題
となる。すなわち、仮にマトリックス1中のりん酸量が
不足すると、アノード2とカソード3に供給されている
燃料ガスと酸化剤ガスが、マトリックス1を通して相互
に混合することとなるので、燃料電池の出力が極端に低
下するばかりでなく、場合によっては爆発を生じる危険
性がある。
[0003] Phosphoric acid used as an electrolyte has a very low vapor pressure, and there is no danger that phosphoric acid retained in the cell will be depleted in a short time.
A service life of up to 60,000 hours is required, and in such a long operation, the disappearance of phosphoric acid in the cell becomes a serious problem. That is, if the amount of phosphoric acid in the matrix 1 is insufficient, the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the anode 2 and the cathode 3 are mixed with each other through the matrix 1, so that the output of the fuel cell becomes extremely high. Risk of explosion in some cases.

【0004】このため、りん酸型燃料電池ではりん酸が
不足しないように種々の方法が採られている。最も単純
な方法は外部からりん酸を補給する方法であり、その典
型的な例は、1年に1回程度実施される定期点検作業の
機会を利用して、燃料電池の運転を停止し、りん酸を補
給する方法である。また、この他の方法としては、 Ear
l H. BROWN and Carlton D. WHITT ;INDUSTRIAL AN
D ENGINEERING CHEMISTRY, Vol.44, No.3, P.615 (195
2)に記載のように、りん酸の蒸気圧に温度依存性があ
り、温度が上昇すると指数関数的に蒸気圧が高くなるこ
とを利用して、燃料ガスや酸化剤ガスの出口部分を冷却
してガスの温度を下げることにより、ガス中に含まれて
いるりん酸を凝縮させてセル内で回収する方法がある。
For this reason, various methods have been adopted in a phosphoric acid type fuel cell so that phosphoric acid does not run short. The simplest method is to replenish phosphoric acid from the outside. A typical example is to stop the operation of the fuel cell by taking advantage of a periodic inspection work performed about once a year, It is a method of replenishing phosphoric acid. Also, as another method, Ear
l H. BROWN and Carlton D. WHITT; INDUSTRIAL AN
D ENGINEERING CHEMISTRY, Vol.44, No.3, P.615 (195
As described in 2), utilizing the fact that the vapor pressure of phosphoric acid is temperature-dependent and the vapor pressure increases exponentially as the temperature rises, the outlet of the fuel gas or oxidant gas is cooled. There is a method of condensing the phosphoric acid contained in the gas and collecting it in the cell by lowering the temperature of the gas.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、りん酸型燃
料電池の単セル1個の出力電圧は高々 0.7V程度である
ので、実用に供する場合には、通常 100〜200 枚程度の
セルを積層し、電気的に直列接続して実用規模の電圧を
出力するように構成されている。また、発電に伴なって
電気エネルギーと同程度の熱エネルギーを生じるので、
安定した出力を確保するためには、積層電池を冷却して
温度を一定に保持する必要がある。このため、数セル
毎、例えば 5〜10セル毎に冷却板を挿入して発生する熱
を外部に取り出し、これを給湯や冷暖房の熱源として利
用している。
Since the output voltage of a single unit cell of a phosphoric acid fuel cell is at most about 0.7 V, about 100 to 200 cells are usually stacked for practical use. It is configured to be electrically connected in series to output a voltage of a practical scale. In addition, because it generates heat energy equivalent to electric energy with power generation,
In order to secure a stable output, it is necessary to cool the stacked battery to keep the temperature constant. For this reason, the heat generated by inserting a cooling plate every few cells, for example, every 5 to 10 cells is taken out and used as a heat source for hot water supply and cooling / heating.

【0006】このように数セル毎に冷却板を挿入して構
成すれば、積層電池は所定の温度に保持され安定した出
力が得られることとなるが、冷却板の間に挟まれたセル
は積層位置により異なった温度となり、冷却板に近接し
たセルの温度は、冷却板間の中央部分に位置したセルの
温度より低くなる。一方、前述のごとくりん酸の蒸気圧
は温度の上昇とともに指数関数的に上昇するので、冷却
板に近接したセルより冷却板間の中央部分に位置したセ
ルの方が消失するりん酸量が多量となる。
If a cooling plate is inserted every several cells as described above, the laminated battery is maintained at a predetermined temperature and a stable output can be obtained. , And the temperature of the cell close to the cooling plate is lower than the temperature of the cell located in the central portion between the cooling plates. On the other hand, as described above, the vapor pressure of phosphoric acid increases exponentially with the rise in temperature. Becomes

【0007】消失したりん酸を外部より補給する場合に
は、消失したりん酸量を正確に把握する必要があるが、
上記のように積層電池ではセルの温度がセルの積層され
る位置により異なり、これに伴ってりん酸の消失量も異
なるので、消失量を正確に把握することは困難である。
特に、4〜6万時間の寿命を達成するには、数回にわた
ってりん酸を補給する必要があり、このように補給が数
回にわたると、所要補給量を知ることは事実上不可能で
ある。このため、りん酸を外部より補給する方法におい
ては、りん酸の補給量が不足し、保持量が不足して燃料
電池の出力が極端に低下する事態となったり、逆にりん
酸の補給量が過剰となり、反応部分への燃料ガスや酸化
剤ガスの供給が阻害されて電池性能が著しく低下する事
態が生じることとなる。
When externally supplying lost phosphoric acid, it is necessary to accurately determine the amount of lost phosphoric acid.
As described above, in the stacked battery, the temperature of the cell differs depending on the position where the cells are stacked, and the amount of phosphoric acid disappears accordingly. Therefore, it is difficult to accurately grasp the amount of phosphoric acid.
In particular, in order to achieve a life of 40,000 to 60,000 hours, phosphoric acid needs to be replenished several times, and it is practically impossible to know the required replenishing amount when the replenishment is performed several times. . For this reason, in the method of replenishing phosphoric acid from the outside, the replenishment amount of phosphoric acid is insufficient, the retention amount is insufficient, and the output of the fuel cell is extremely reduced. Becomes excessive, and the supply of the fuel gas or the oxidizing gas to the reaction portion is hindered, and a situation occurs in which the battery performance is significantly reduced.

【0008】このため、この欠点を避ける方法として、
最近、セル内でりん酸を回収して再利用する方法が試み
られている。セル内でりん酸を回収する一般的な方法と
しては、燃料ガスあるいは酸化剤ガスの出口付近を冷却
して温度を下げ、これらのガスとともに電池の外部に持
ち出されるりん酸をセル内で凝縮させて回収する方法が
ある。すなわち、図4に示したごときセルを多数個積層
して構成された積層電池においては、燃料ガスは、各セ
ルのアノードに対向する多孔質カーボン板4に備えられ
たガス通流溝を一方の側面から相対する側面へと通流さ
れ、酸化剤ガスは、カソードに対向する多孔質カーボン
板4に備えられたガス通流溝を一方の側面から相対する
側面へと、燃料ガスの通流方向と直交して通流される。
この構成において燃料ガスあるいは酸化剤ガスの出口付
近を冷却すると、電気化学反応に伴い蒸発してガス中に
滞留していたりん酸は露点に達して凝縮され、多孔質カ
ーボン板4の細孔内に取り込まれ、マトリックス1へと
戻されて再利用されることとなる。
Therefore, as a method of avoiding this disadvantage,
Recently, a method of recovering and recycling phosphoric acid in a cell has been attempted. As a general method of recovering phosphoric acid in the cell, the temperature near the outlet of the fuel gas or oxidizing gas is cooled to lower the temperature, and the phosphoric acid taken out of the battery together with these gases is condensed in the cell. There is a method of collecting. That is, in a stacked battery having a large number of cells stacked as shown in FIG. 4, the fuel gas flows through one of the gas flow grooves provided in the porous carbon plate 4 facing the anode of each cell. The oxidant gas flows from one side surface to the opposite side surface, and the oxidizing gas flows through the gas flow groove provided in the porous carbon plate 4 facing the cathode from one side surface to the opposite side surface. Flow perpendicular to
In this configuration, when the vicinity of the outlet of the fuel gas or the oxidizing gas is cooled, the phosphoric acid which evaporates due to the electrochemical reaction and stays in the gas reaches the dew point and is condensed. And returned to the matrix 1 for reuse.

【0009】しかしながら、このようにガスの出口付近
を冷却してりん酸を凝縮し再利用する方法においても、
凝縮されるりん酸はもともと上流側で蒸発、飛散してき
たものであり、蒸発、飛散により減少した上流側のりん
酸の不足を解消するには、多孔質カーボン板の出口付近
で取り込まれたりん酸を上流側へと移動させる必要があ
る。多孔質カーボン板はりん酸との接触角が90度以上
であるので、りん酸は多孔質カーボン板の細孔の径が小
さい部分から順次埋まっていく。均質な細孔径分布を備
えた多孔質カーボン板においては、りん酸で埋まってい
る細孔の最大径は、りん酸が飛散する上流側の方がりん
酸が凝縮される下流側の方より小さいと考えられ、この
りん酸で埋まっている細孔の最大径の差が駆動力となっ
て、りん酸は下流側より上流側へと徐々に移動すること
となる。
However, in the method of cooling the vicinity of the gas outlet to condense and reuse the phosphoric acid,
The condensed phosphoric acid originally evaporates and scatters on the upstream side.To eliminate the shortage of phosphoric acid on the upstream side, which has been reduced due to evaporation and scatter, phosphoric acid taken in near the outlet of the porous carbon plate It is necessary to move the acid upstream. Since the porous carbon plate has a contact angle with phosphoric acid of 90 degrees or more, the phosphoric acid is buried in the porous carbon plate sequentially from a portion having a small pore diameter. In a porous carbon plate with a uniform pore size distribution, the maximum diameter of pores buried with phosphoric acid is smaller on the upstream side where phosphoric acid is scattered than on the downstream side where phosphoric acid is condensed. It is considered that the difference between the maximum diameters of the pores buried with the phosphoric acid becomes the driving force, and the phosphoric acid gradually moves from the downstream side to the upstream side.

【0010】このように、ガスの出口付近を冷却するこ
とにより蒸発、飛散したりん酸を凝縮させて再利用する
方法が試みられているが、凝縮したりん酸の多孔質カー
ボン板中の下流側より上流側への移動の速度が必ずしも
十分ではないため、移動量の不足によって上流側のりん
酸の保持量が不十分となり、さらには下流側の凝縮部の
りん酸量が過剰となって、電池特性が大幅に低下すると
いう難点がある。
As described above, a method of condensing and recycling the evaporated and scattered phosphoric acid by cooling the vicinity of the outlet of the gas has been attempted, but the condensed phosphoric acid on the downstream side in the porous carbon plate has been tried. Since the speed of movement to the more upstream side is not always sufficient, the amount of phosphoric acid retained on the upstream side becomes insufficient due to the insufficient amount of movement, and further, the amount of phosphoric acid in the condensing part on the downstream side becomes excessive, There is a disadvantage that the battery characteristics are significantly reduced.

【0011】本発明の目的は、上記のごとき従来技術の
難点を解消し、発電にともなって蒸発、飛散するりん酸
がセル内部で効果的に回収されて再利用され、外部から
りん酸を補給しなくとも長期にわたり安定して運転でき
るりん酸型燃料電池を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to effectively recover and reuse phosphoric acid which evaporates and scatters during power generation, and replenishes phosphoric acid from the outside. It is an object of the present invention to provide a phosphoric acid fuel cell which can operate stably for a long period of time.

【0012】[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、りん酸を電解質として保持し
た平板状のマトリックスの一方の主面に、アノードとこ
のアノードに燃料ガスを供給するためのガス通流溝を有
する多孔質カーボン板とを配し、もう一方の主面に、カ
ソードとこのカソードに酸化剤ガスを供給するためのガ
ス通流溝を有する多孔質カーボン板とを配して形成され
た燃料電池単セルを、セパレータを介して複数個積層し
て構成されるりん酸型燃料電池において、アノード側の
多孔質カーボン板とカソード側の多孔質カーボン板のう
ち、少なくともいずれか一方の多孔質カーボン板の電極
に対向する部分の反対面に、この多孔質カーボン板に備
えたガス通流溝のガスの通流方向と略平行に配された溝
を備え、かつ、この溝の内部に、この多孔質カーボン板
の電極に対向する部分の細孔より径の小さな細孔を備え
た多孔質充填材、例えば、カーボンブラックとポリテト
ラフロロエチレンとの混合物、あるいはシリコンカーバ
イドとポリテトラフロロエチレンとの混合物よりなる多
孔質充填材を充填することとする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, an anode and a fuel gas are supplied to one main surface of a flat matrix holding phosphoric acid as an electrolyte. And a porous carbon plate having a gas flow groove for supplying an oxidant gas to the cathode on the other main surface. In a phosphoric acid type fuel cell configured by stacking a plurality of fuel cell single cells formed by arranging via a separator, at least one of an anode side porous carbon plate and a cathode side porous carbon plate. On the opposite surface of the portion of one of the porous carbon plates facing the electrode, a groove provided substantially in parallel with the gas flow direction of the gas flow groove provided on the porous carbon plate, and This Inside the groove, a porous filler having pores smaller in diameter than the pores facing the electrode of the porous carbon plate, for example, a mixture of carbon black and polytetrafluoroethylene, or silicon carbide. A porous filler composed of a mixture with polytetrafluoroethylene is to be filled.

【0013】前述のごとく、多孔質カーボン板はりん酸
との接触角が90度以上であるので、冷却され凝縮して
多孔質カーボン板に取り込まれたりん酸は、多孔質カー
ボン板の細孔の径が小さい部分から順次埋まっていく。
したがって、上記のごとく、多孔質カーボン板に備えた
ガス通流溝のガスの通流方向と略平行に溝を配して、こ
の溝の内部に、この多孔質カーボン板の電極に対向する
部分の細孔より径の小さな細孔を備えた多孔質充填材を
充填すれば、ガスの出口付近で冷却され回収されたりん
酸は、小さな細孔を備えた溝中の多孔質充填材の細孔を
通して容易に上流側へと移動するので、上流側のりん酸
の不足が回避されることとなる。
As described above, since the contact angle of the porous carbon plate with phosphoric acid is 90 degrees or more, the phosphoric acid cooled and condensed and taken in by the porous carbon plate has pores in the porous carbon plate. Are gradually filled in from the smaller diameter part.
Therefore, as described above, a groove is arranged substantially in parallel with the gas flow direction of the gas flow groove provided in the porous carbon plate, and a portion of the groove facing the electrode of the porous carbon plate is provided inside the groove. If a porous filler having pores smaller in diameter than the pores is filled, the phosphoric acid cooled and recovered near the gas outlet will be thinner than the porous filler in the groove having the pores. Since it easily moves to the upstream side through the hole, the shortage of phosphoric acid on the upstream side is avoided.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

<実施例1>図1は、本発明のりん酸型燃料電池の実施
例のセルの基本構成を示す分解斜視図である。本図にお
いて、図4に示した従来の構成例の構成部品と同一機能
を有する構成部品には同一符号を付し、重複する説明は
省略する。本実施例の構成の従来例との差異は、アノー
ド2に対向して配された多孔質カーボン板4A、および
カソード3に対向して配された多孔質カーボン板4Bに
あり、従来例に用いられている多孔質カーボン板4が均
一な細孔径分布をもつ多孔質カーボン材より形成されて
いたのに対して、本実施例に用いられている多孔質カー
ボン板4A,4Bは、それぞれ電極側の面の反対側の平
滑面にガスの流れ方向と平行する溝を備え、この溝の内
部に多孔質カーボン板4Dの細孔より小さい平均径約1
7μmの細孔を有する多孔質充填材7を充填して形成さ
れていることにある。したがって、本構成のセルにおい
ては、ガスの出口付近を冷却することによりガス中のり
ん酸が凝縮され、回収されたりん酸は、多孔質充填材の
径の小さな細孔中を通じてガスの入口側へと運ばれるの
で、りん酸の不足を生じることなく安定して運転でき
る。
<Embodiment 1> FIG. 1 is an exploded perspective view showing a basic structure of a cell of an embodiment of a phosphoric acid fuel cell according to the present invention. In the figure, components having the same functions as the components of the conventional configuration example shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. The configuration of this embodiment is different from the conventional example in the porous carbon plate 4A arranged opposite to the anode 2 and the porous carbon plate 4B arranged opposite to the cathode 3, which is used in the conventional example. The porous carbon plate 4 used in this embodiment is different from the porous carbon plate 4A and 4B used in this embodiment, whereas the porous carbon plate 4 is made of a porous carbon material having a uniform pore diameter distribution. A groove parallel to the gas flow direction is provided on the smooth surface opposite to the surface of FIG.
It is formed by filling a porous filler 7 having pores of 7 μm. Therefore, in the cell of this configuration, the phosphoric acid in the gas is condensed by cooling the vicinity of the gas outlet, and the collected phosphoric acid passes through the small pores of the porous filler at the gas inlet side. , It can be operated stably without shortage of phosphoric acid.

【0015】なお、上記の多孔質充填材は、カーボンブ
ラック(キャボット社製商品名バルカンXC−72) 1
00gに対して、ポリテトラフロロエチレン(三井デュポ
ンフロロケミカル社製商品名テフロン30J)を50g添
加し、良く混合した後に凝集剤を添加して凝集させ、得
られた凝集物を濾過分離し、得られたケーキ状の物を混
練して溝寸法に合う形状に成形し、これを 280℃で焼成
することにより得られる。また、上記のカーボンブラッ
クに代わって、マトリックスに用いられるものと同様の
シリコンカーバイドを用いても、同様の効果をもつ多孔
質充填材を得ることができる。
The above-mentioned porous filler is made of carbon black (trade name Vulcan XC-72 manufactured by Cabot Corporation).
To 100 g, 50 g of polytetrafluoroethylene (trade name: Teflon 30J manufactured by Du Pont-Mitsui Fluorochemicals Co., Ltd.) was added, and after mixing well, an aggregating agent was added to cause aggregation, and the obtained aggregate was separated by filtration. The obtained cake-like material is kneaded, formed into a shape conforming to the groove size, and fired at 280 ° C. Also, a porous filler having the same effect can be obtained by using the same silicon carbide as that used for the matrix instead of the carbon black.

【0016】<実施例2>図3は、本発明のりん酸型燃
料電池の他の実施例のセルの基本構成を示す分解斜視図
である。本構成の特徴は、アノード2に対向して配され
た多孔質カーボン板4C、およびカソード3に対向して
配された多孔質カーボン板4Dが、通流するガスの入口
側から出口側に行くに従い平均細孔径が増大する多孔質
カーボン材より形成されている点が特徴である。すなわ
ち、図2において左前方より右後方へと燃料ガスが供給
される多孔質カーボン板4Aは、燃料ガスの流れ方向に
平行して左前方より右後方へ行くに従い平均細孔径が増
大する多孔質カーボン材より形成されており、また、右
前方より左後方へと酸化剤ガスとして空気が供給される
多孔質カーボン板4Bは、空気の流れに平行して右前方
より左後方へ行くに従い平均細孔径が増大する多孔質カ
ーボン材より形成されている。
Embodiment 2 FIG. 3 is an exploded perspective view showing a basic structure of a cell of another embodiment of the phosphoric acid fuel cell of the present invention. The feature of this configuration is that the porous carbon plate 4C arranged opposite to the anode 2 and the porous carbon plate 4D arranged opposite to the cathode 3 go from the inlet side of the flowing gas to the outlet side. It is characterized by being formed from a porous carbon material whose average pore diameter increases in accordance with the following. That is, in FIG. 2, the porous carbon plate 4A to which the fuel gas is supplied from the front left to the rear right is a porous carbon plate whose average pore diameter increases from the front left to the rear right in parallel with the flow direction of the fuel gas. The porous carbon plate 4B made of carbon material and supplied with air as an oxidant gas from the right front to the left rear has an average fineness from the right front to the left rear in parallel with the flow of air. It is formed from a porous carbon material having an increased pore size.

【0017】図3は、図2の多孔質カーボン板4DのA
−A面における平均細孔径の分布を従来例と比較して示
す特性図で、横軸に示したガス入口は図2の多孔質カー
ボン板4Dの右前方端に、ガス出口は多孔質カーボン板
4Dの左後方端に対応している。図中に示した特性は
従来例の平均細孔径の分布を、また特性は本実施例の
多孔質カーボン板4Dの平均細孔径の分布を示すもの
で、本実施例の多孔質カーボン板4Dでは、供給される
空気の入口側から出口側へと行くに従って平均細孔径が
増大するよう構成されており、空気の出口側を冷却する
ことにより凝縮され、回収されたりん酸は、平均細孔径
のより小さな入口側へと容易に移動することとなる。
FIG. 3 shows A of the porous carbon plate 4D of FIG.
2 is a characteristic diagram showing the distribution of the average pore diameter on the A-plane in comparison with the conventional example. The gas inlet shown on the horizontal axis is at the right front end of the porous carbon plate 4D in FIG. It corresponds to the left rear end of 4D. The characteristics shown in the figure show the distribution of the average pore diameter of the conventional example, and the characteristics show the distribution of the average pore diameter of the porous carbon plate 4D of the present embodiment. The configuration is such that the average pore diameter increases from the inlet side to the outlet side of the supplied air, and the phosphoric acid condensed and recovered by cooling the outlet side of the air has the average pore diameter. It will easily move to a smaller entrance side.

【0018】なお、上記のごとき平均細孔径の分布をも
つ多孔質カーボン板4Dは、例えば、多孔質カーボン板
を製造する際に、粒子径の異なる造孔剤を数種類用意
し、ガス入口側からガス出口側に向かって徐々に粒子径
の小さいものから順に配置することにより、実質上所望
の平均細孔径の分布をもつ多孔質カーボン板を得ること
ができる。
The porous carbon plate 4D having the average pore diameter distribution as described above can be prepared, for example, by preparing several types of pore-forming agents having different particle diameters when producing the porous carbon plate, By arranging the particles gradually smaller in particle diameter toward the gas outlet side, it is possible to obtain a porous carbon plate having a substantially desired average pore diameter distribution.

【0019】また、本実施例では、アノード2に対向し
て配された多孔質カーボン板4A、およびカソード3に
対向して配された多孔質カーボン板4Bの双方を、通流
するガスの入口側から出口側に行くに従い平均細孔径が
増大する多孔質カーボン材より形成することとしている
が、いずれか一方のみを上記のごとき多孔質カーボン材
より形成することとしても、その多孔質カーボン板にお
いて、出口側を冷却することによりガス中に飛散したり
ん酸が凝縮されて回収され、平均細孔径の小さな入口側
へと容易に移動し、再利用されることは言うまでもな
い。
Further, in the present embodiment, both the porous carbon plate 4A disposed opposite to the anode 2 and the porous carbon plate 4B disposed opposite to the cathode 3 are connected to the inlet of the gas flowing therethrough. From the side to the exit side, the average pore diameter is to be formed from a porous carbon material that increases, but even if only one of them is formed from the porous carbon material as described above, Needless to say, by cooling the outlet side, the phosphoric acid scattered in the gas is condensed and collected, easily moved to the inlet side having a small average pore diameter, and reused.

【0020】[0020]

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、りん酸
を電解質として保持した平板状のマトリックスの一方の
主面に、アノードとこのアノードに燃料ガスを供給する
ためのガス通流溝を有する多孔質カーボン板とを配し、
もう一方の主面に、カソードとこのカソードに酸化剤ガ
スを供給するためのガス通流溝を有する多孔質カーボン
板とを配して形成された燃料電池単セルを、セパレータ
を介して複数個積層して構成されるりん酸型燃料電池に
おいて、アノード側の多孔質カーボン板とカソード側の
多孔質カーボン板のうち少なくともいずれか一方の多孔
質カーボン板の電極に対向する部分の反対面に、この多
孔質カーボン板に備えたガス通流溝のガスの通流方向と
略平行に配された溝を備え、かつ、この溝の内部に、こ
の多孔質カーボン板の電極に対向する部分の細孔より径
の小さな細孔を備えた多孔質充填材、例えば、カーボン
ブラックとポリテトラフロロエチレンとの混合物、ある
いはシリコンカーバイドとポリテトラフロロエチレンと
の混合物よりなる多孔質充填材を充填することとして
も、同様に、りん酸が効果的に回収されて再利用される
ので、外部からりん酸を補給しなくとも長期にわたり安
定して運転できるりん酸型燃料電池として好適である。
As described above, according to the present invention, an anode and a gas flow groove for supplying a fuel gas to the anode are provided on one main surface of the flat matrix holding phosphoric acid as an electrolyte. And a porous carbon plate having
On the other main surface, a plurality of fuel cell single cells formed by arranging a cathode and a porous carbon plate having a gas flow groove for supplying an oxidizing gas to the cathode are provided via a separator. In the phosphoric acid fuel cell configured by lamination, at least one of the porous carbon plate on the anode side and the porous carbon plate on the cathode side, opposite to the portion facing the electrode of the porous carbon plate, The porous carbon plate has a gas flow groove provided in the gas flow groove substantially parallel to the gas flow direction, and the inside of the groove has a narrow portion facing the electrode of the porous carbon plate. A porous filler having pores smaller than the pores, for example, a mixture of carbon black and polytetrafluoroethylene, or a mixture of silicon carbide and polytetrafluoroethylene Even when the porous filler is filled, similarly, phosphoric acid is effectively recovered and reused, so that a phosphate-type fuel cell that can be operated stably for a long time without externally supplying phosphoric acid It is suitable as.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のりん酸型燃料電池の実施例のセルの基
本構成を示す分解斜視図
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a basic configuration of a cell of an embodiment of a phosphoric acid fuel cell of the present invention.

【図2】本発明のりん酸型燃料電池の他の実施例のセル
の基本構成を示す分解斜視図
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a basic configuration of a cell of another embodiment of the phosphoric acid fuel cell of the present invention.

【図3】図2に示した実施例のセルの多孔質カーボン板
のA−A面における平均細孔径の分布を従来例と比較し
て示す特性図
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the distribution of the average pore diameter on the AA plane of the porous carbon plate of the cell of the embodiment shown in FIG. 2 in comparison with the conventional example.

【図4】従来のりん酸型燃料電池のセルの基本構成を示
す分解斜視図
FIG. 4 is an exploded perspective view showing a basic configuration of a cell of a conventional phosphoric acid fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マトリックス 2 アノード 3 カソード 4A 多孔質カーボン板(アノード対向部) 4B 多孔質カーボン板(カソード対向部) 4C 多孔質カーボン板(アノード対向部) 4D 多孔質カーボン板(カソード対向部) 5 多孔質カーボン板(シール部) 6 セパレータ 7 多孔質充填材 Reference Signs List 1 matrix 2 anode 3 cathode 4A porous carbon plate (anode facing portion) 4B porous carbon plate (cathode facing portion) 4C porous carbon plate (anode facing portion) 4D porous carbon plate (cathode facing portion) 5 porous carbon Plate (seal part) 6 Separator 7 Porous filler

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】りん酸を電解質として保持した平板状のマ
トリックスの一方の主面に、アノードとこのアノードに
燃料ガスを供給するためのガス通流溝を有する多孔質カ
ーボン板とを配し、もう一方の主面に、カソードとこの
カソードに酸化剤ガスを供給するためのガス通流溝を有
する多孔質カーボン板とを配して形成された燃料電池単
セルを、セパレータを介して複数個積層して構成される
りん酸型燃料電池において、 前記のアノード側の多孔質カーボン板とカソード側の多
孔質カーボン板のうち、少なくともいずれか一方の多孔
質カーボン板の電極に対向する部分の反対面に、この多
孔質カーボン板に備えたガス通流溝のガスの通流方向と
略平行に配された溝を備え、かつ、この溝の内部に、こ
の多孔質カーボン板の電極に対向する部分の細孔より径
の小さな細孔を備えた多孔質充填材が充填されてなるこ
とを特徴とするりん酸型燃料電池。
An anode and a porous carbon plate having a gas flow groove for supplying a fuel gas to the anode are provided on one main surface of a flat matrix holding phosphoric acid as an electrolyte, On the other main surface, a plurality of fuel cell single cells formed by arranging a cathode and a porous carbon plate having a gas flow groove for supplying an oxidizing gas to the cathode are provided via a separator. In the phosphoric acid type fuel cell configured by stacking, at least one of the porous carbon plate on the anode side and the porous carbon plate on the cathode side is opposed to a portion opposed to an electrode of the porous carbon plate. The surface is provided with a groove arranged substantially in parallel with the gas flow direction of the gas flow groove provided in the porous carbon plate, and inside the groove, facing the electrode of the porous carbon plate. Part of A phosphoric acid fuel cell characterized by being filled with a porous filler having pores smaller in diameter than the pores.
【請求項2】前記多孔質充填材が、カーボンブラックと
ポリテトラフロロエチレンとの混合物、あるいはシリコ
ンカーバイドとポリテトラフロロエチレンとの混合物よ
りなることを特徴とする請求項1に記載のりん酸型燃料
電池。
2. The phosphoric acid type according to claim 1, wherein the porous filler comprises a mixture of carbon black and polytetrafluoroethylene, or a mixture of silicon carbide and polytetrafluoroethylene. Fuel cell.
【請求項3】前記のアノード側の多孔質カーボン板とカ
ソード側の多孔質カーボン板のうち少なくともいずれか
一方の多孔質カーボン板が、マトリックスに保持する電
解質を予め貯留する電解質リザーバ機能を備えて構成さ
れていることを特徴とする請求項1または2に記載のり
ん酸型燃料電池。
3. At least one of the porous carbon plate on the anode side and the porous carbon plate on the cathode side has an electrolyte reservoir function of preliminarily storing an electrolyte held in a matrix. The phosphoric acid fuel cell according to claim 1, wherein the phosphoric acid fuel cell is configured.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014104310A1 (en) 2014-03-27 2015-10-01 Siqens Gmbh Device and method for lifetime extension of HT-PEM fuel cells
WO2019108309A1 (en) * 2017-11-30 2019-06-06 Doosan Fuel Cell America, Inc. Fuel cell assembly including multiple flow capacities in a condensation zone
US11133519B2 (en) 2017-11-30 2021-09-28 Doosan Fuel Cell America, Inc. Fuel cell assembly including varied flow resistance

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