JPS58161272A - 積層形燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は新規な積層形燃料電池に関する。

従来積層形燃料電池としては第１図に示すものかあっｔ
こ．第１図において、（１）は単電池、（２）はガス分
ｋｍ板、（３）は冷却板であシ、（４）はこれらを鉛直
方向にに数個積層した積層体である。（５口よ積層体（
４）にＩｌｌ付けられた反応ガス（燃料および酸化剤：
のマニホールド、（６）は積層体（４）から電力を取シ
出ず集散板であシ、（７）は眠気系統の配線である。ま
た（８）は４つの積層体（４）を収め、直圧にして運転
するための圧力容器である。（ａ）は冷却空気入口、（
ｂ）は冷却空気出口、（Ｃ）は燃料入口、（ｄ）は燃料
出口、（ｅ）は酸化剤入口、（ｆ）は酸化剤出口である
。なおこの積層形燃料璽池は空気を冷却板の流路に流す
ことによって電池の温度を制御する方式、すなわち空冷
式を用いておシ、図中の矢印は熱媒体である空気の流れ
を示している。（９）は冷却板に流入する以前の空気と
流入した後の空気とを遮断するための遮蔽板である。

なお第１図には、４つの積層体（４）を１つの圧力容器
（８）に収納した場合を示したが、この他に１つの積層
体を１つの圧力容器に収納する場合もある。

まｔこ第１図には、冷却方式として空冷式を用いた場合
を示したが、この他に冷却板に冷却管などを組み込み、
水、油などの熱媒体で冷却する液冷式を用いる場合もあ
る。

次に動作について説明する。反応ガスのマニホールド（
５）を通じて反応ガスの供給を行なうと、単電池（１）
にｍ力が生じる。積層体（４）では単電池（１）は、導
舵性を有するガス分離板（２）および冷却板（３）によ
って直列に接続されておシ、単電池（１）に生じたＹｄ
流は集電板（６）に集められる。電気系統の配給は、圧
力容器（８）に収められた４個の積層体（４）を電気的
に直列あるいは並列に接続したシ、積層体（４）に生じ
たｔカを圧力容器（８）の外へ取り出すために用いてい
る。単電池（１）はその動作時に熱を発生し、高温によ
って単電池（１）が損われるＦｊＪれがあるので冷却板
（３）を用いて電池の温度を制御する。一般に単電池（
１）の冷却は単電池（］）数個ごとに冷却板（３）を摘
入し、冷却板（３）に形成した流路ま・たは冷却板に組
み込んだ冷却管などに、空気、水、油などの熱媒体を流
すことによって行なわれる。第１図に示しｆコ積層形燃
料駐池は空気を冷却板（３）の旅路に流すことによって
単電池（１）を冷却している。すなオっち熱媒体である
空気は外部から圧力容器（８）の底部を通じて圧力容器
内に流入し、４つの積層体（４）の周辺から冷却板（３
）の流路に図中矢印のように流入する。次に単電池（１
）を冷却して高温になった空気は、４つの積層体（４）
の中心部分を通って圧力容器（８）の底部に達し外部へ
流出する。

従来の積石ノ形燃料散池は以上のように構成されている
ので、円柱形の圧力容器の限られた容積の中に直方体の
積層体を能率よく収納することが困難であっ１こ。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
め（こなされたもので、電池を環状に積層して環状積層
体を形成することによシ、円柱形の圧力８器に限られγ
こ容積の中に能率よく収納することのできる槓；１形燃
料辻池を提供することを目的としている。

以下、この発明の一実施例を図について説明する。酊２
図は、断面扇形の積層体を８個接続して環状積層体を形
成し、さらに環状積層体を４段に配置して晶圧の圧力容
器にスペースファクタが良好に収納しｆコ積層形燃料璽
池を示す一部切欠斜視図である。この積層形燃料電池の
冷却方式は第１図の場合と同様に憂冷式を用いている。

第２図において、（３）は冷却板、（５）は反応ガスの
マニホールド、（のは集喧仮、（７）は電気系ＷｒＪ５
の配線、（８）は８．６〜１０気圧程度の圧力がかかる
圧力容器、（９）は遮蔽板、ＯＱは圧力容器の接続部で
ある。＠２図では環状積層体を４段に配置しＴコが、圧
力容器の接続ＥｉαＱに筒形の圧力容器＋１挿入するこ
とにより、環状、閑層体をさらに数段檀み這ねることが
できる。なお図中の矢印は熱媒体である空気（以後冷却
ガスと呼ぶ）の流れを示している。第８図は環状積層体
を示す斜視図である。第８図において、Ｑηは反応ガス
の配管（主管）、（２）は反応ガスの配管（副管）であ
る。主管０めは多段の環状積層体のほぼ中央を貫通する
ように配管されている。また副管＠はフレキシブルチュ
ーブで形成されておシ、主管と反応ガスのマニホールド
を連結している。嬉４図は断面扇形の積層体を示す一部
切欠斜視図である。

第４図において、（１）は単電池、（２）はガス分離板
、（３）は冷却板、Ｑ３は絶縁板である。なお図中の矢
印は冷却ガスの流れを示している。銅５図は冷却ガス入
口側から見たこの発明に用いる冷却板の斜視図である。

第５図において、αΦは冷却ガスの供給溝、０υは凸部
、（Ｉｆ）は冷却ガスの入口側、Ｑηは冷却ガスの出口
側、（ト）は反応ガスの入口または出口側に相当する面
である。第６図は、第６図の冷却板を２枚重ね合せ１こ
際の冷却ガスの出口側の断面図、第７図は冷却ガスの入
口側の断面図である。第５図の冷却板は入口側から出口
側にかけてその厚みと薄くするように、その厚みを傾斜
させておシ、第４図の断面扇形の積層体はこの冷却板の
厚み差を利用して形成されている。

次に動作について説明する。単電池（１）とガス分離板
（２）の構造や動作については第１図のものと変わりは
ないが、反応ガスのマニホールド（５）と配管Ｃ１１）
　、　（１２および冷却板について大きな違いがある。

まず反応ガスのマニホールドは環状積層体の上下に取り
付けである。そして反応ガスは環状積層体の中央を貫通
する主管０υを通シ、４つの環状積層体のマニホールド
（５）と主管αｐとを連結する副管（６）を通ってマニ
ホールド（５）に入シ、単電池（１）に供給される。単
電池（１）で消費された反応ガスはもう一方のマニホー
ルド、副管、主管を通って圧力容器の外へ排出される。

次に冷却板についてであるが、冷却板は冷却ガスの入口
側Ｏｆｊと出口側α力で厚みが異なっている。従ってこ
れを用いて積層した場合には断面扇形の積層体ができる
。また冷却ガスの流路０→の断面寸法は冷却板の厚みの
厚い方か薄い方に比べ、冷却板の板面に垂直な方向は長
く、板面に平行な方向は短くなっている。これは冷却ガ
スの流路α→の断面積がほぼ一定になるように、また冷
却板の厚さの違いによる電気抵抗の不均一性を最小限に
留めることができるように設計したものである。すなわ
ち冷却板の厚みの厚い方の流路の断面寸法は冷却板の板
面に垂直な方向については薄い方に比べて長くなってい
るが、水平な方向については薄い方に比べて逆に短くな
っているので、流路（Ｌ→の断面積はほぼ一定に保ｔコ
れている（第６図、第７図参照）。また冷却板の板面に
垂直な方向に電流が流れるので、一般に冷却板の厚さが
異なると冷却板の厚みの厚い方が抵抗が大きくなシ、板
面を垂直に流れる電流に不均一性が生じるが、この発明
の冷却板は厚みの厚い方の凸部Ｏυの面積を大きくする
ことによってその影響を最小限に留めている。

なお、上記実施例では冷却方式として空冷式を用い１こ
場合を示したが、他の気体まＴこは液体による冷却方式
を用いてもよい。また上記実施例では冷却板の厚みを傾
斜させることによって環状積層体を形成したが、ガス分
離板の厚みを傾斜させてもよく、又は冷却板とガス分離
板の両方を傾斜させても上記実施例と同様の効果を葵す
る。ま１こ上記実施例では環状積層体の周辺を冷却ガス
の入口側、環状積層体の中央部を冷却ガスの出口側とじ
１こが、逆であってもよい。なお冷却板の流路の入口付
近は第８図のように広げてもよい。

以上のように、この発明によれば単電池、ガス分離板及
び冷却板を環状に積層して環状積層体を形成したので、
円柱形の圧力容器の限られた容積の中に能率よく電池を
収納することができる。また一つの圧力容器の中で、積
み亜ねる環状積層体の数を必要に応じて増やしたシ、減
らしたシすることが容易にでき、発電規模の変化に対応
できるなどの効果がある。また冷却板はその厚みを傾斜
させると共に冷却ガスの流路の断面寸法を、冷却板の厚
みの厚い方を薄い方に比べ、冷却板の板面に垂直な方向
は長く、板面に平行な方向は短くすれば、冷却ガスの流
路の断面積をほぼ一定に保つとともに、冷却板の厚さの
違いによる電気抵抗の不均一性を最小限に留めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の積層形燃料電池を示す一部切欠斜視図、
第２図はこの発明の一実施例による積層形燃料電池を示
す一部切欠斜視図、第８図はこの発明の一実施例に使用
する環状積層体を示す斜視図、第４図はこの発明の一実
施例に使用する断面扇形の積層体を示す一部切欠斜視図
、第５図はこの発明の一実施例に使用する冷却板を示す
斜視図、第６図、第７図はそれぞれこの発明の一実施例
に使用する冷却板の冷却ガス出口側および入口側の断面
図、第８図はこの発明の他の実施例に使用する冷却板を
示す斜視図である。 図において、（１）・・・ｌｉ電池、（２）・・・ガス
分離板、（３）・・・冷却板、（４）・・・積層体、（
５）・・・反応ガスのマニホールド、（６）・・・集電
板、（７）・・・電気系統の配線、（８）・・・圧力容
器、（９）・・・遮蔽板、Ｏｑ・・・圧力容器の接続部
、（ロ）・・・反応ガスの配管（主管）、（２）・・・
反応ガスの配管（副管）、（至）・・・絶縁板、α→・
・・冷却ガスの供給溝、Ｑ５・・・凸部、　ＤＩ・・・
冷却ガスの入口側、０η・・・冷却ガスの出口側、（ハ
）・・・反応ガスの入口または出口側である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代理人　葛野信− αυ 第１図 第２図 第３図 第４図 第６図 第７図 手続補正書（自発） 昭和　５η　％２８日 ２、発明の名称 積層形撚料電池 ３、補正をする者 代表者片山仁へ部 ５　補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 明細書の第７頁第１行の「と薄くするように、」を「を
薄くするように、」と訂正する。 以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）燃料電極、魁解質マトリックスと酸化剤電極を有
   する単電池、ガス分離板及び冷却板を複数個積層する積
   層形候料電池において、上記単電池、ガス分離板及び冷
   却板を環状に積層して環状積層体を形成しＴこことを特
   徴とする板層形燃料電池。 （２）環状積層体は、断面扇形の積層体を複数個接続し
   て形成した特許請求の範囲第１項記載の積層形燃料電池
   。 （３）環状積層体を複数個多段に配置し１こことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の積層形
   燃料電池。 積層形燃料電池。 （５）冷却板には熱媒体の流路を有し、その流路の断面
   寸法は、上記冷却板の厚みの厚い方は沁い方に比べ、上
   記冷却板の板面に垂直な方向は長く、板面に平行な方向
   は短いことを特徴とする請求求の範囲第１項記載の＠層
   形燃料電池。 （６）ガス分寵板は、その厚みを傾斜させたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第“『ｌｆ記ゝ載の
   積層形燃料竃池。