JPS58163181A - 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、積層形燃料電池の構造、特に燃料および酸
化剤の流路形状に関するものである。

従来この種の積層形燃料電池として第１図に示すものが
あった。図において、（１）は上・下面それぞれに互い
に直交する方向に直線状の矩形断面の燃料流路（１ａ）
と酸化剤流路（１ｂ）を有するガス分離板、（２）はこ
のガス分離（１）の間に装着されて動作する燃料電極、
電解質マトリックス、酸化剤電極から構成される単電池
、（３）はこの単電池（２）の周囲に窓枠状に装着され
たガスケットである。

次に動作について説明する。ガス分離板（１）と単電池
（２）とを交互に、燃料流路（１ａ）と酸化剤流路（１
ｂ）の方向をそれぞれ総て一致させて、該当するガス分
離板（１）の流路面と単電池（２）の電極面とを密着さ
せて、複数個積層した積層体すなわち積層形燃料電池本
体（４）（第２図）とする。このとき、ガスケット（３
）をガス分離板（１）と単電池（２）との間に挿入して
、燃料および酸化剤が該自昇の流路に漏れることを防止
する。このようにして組立てた積Ｊｍ形燃料電池本体（
４）を動作させる場合の構成を、第２図の断面平面図に
ついて説明する。積層膜燃料電池本体（４）の周囲４側
面に、燃料流路（１ａ）と酸化剤流路（１ｂ）のそれぞ
れに燃料（ａ）と酸化剤（ｂ）を供給するために、該当
する流路の総てを覆う箱体形状の燃料および酸化剤供給
用の流路となる燃料マニホールド（５ａ）および酸化剤
マニホールド（５ｂ）を装着する。燃料マニホールド（
５ａ）および酸化剤マニホールド（６ｂ）に燃料および
酸化剤がそれぞれ供給されると、多数本が並列的に配置
された構造である燃料流路（１ａ）および酸化剤流路（
１ｂ）に、燃料（ａ）および酸化剤（ｂ）がそれぞれ流
れる。燃料流路（１ａ）および酸化剤流路（１ｂ）に流
入した燃料および酸化剤は、該当する燃料電極および酸
化剤電極の中を拡散した後、単電池（２）において電気
化学的反応に寄与して直流電力の発生と反応による水分
生成を起こす。このとき発生した直流電力は、単電池（
２）が積層方向にガス分離板（１）を介して直列接続さ
れており、積層膜燃料電池本体（４）の最上段と最下段
のガス分離板より外部の電気回路へ導びかれる。なお、
反応に寄与しなかった未反応の燃料（ａ）および酸化剤
（ｂ）は、該当する燃料流路（１ａ）と酸化剤流路（１
ｂ）を経由して、該当する出口側の燃料マニホールド（
５ａ）と酸化剤マニホールド（５ｂ）から外部へ流出す
る。ここで、積層数が増加するにつれて、燃料（ａ）と
酸化剤（ｂ）の流星分布の均一化、積層形燃料電池の構
造の簡略化、面内温度分布の平担化等のために、マニホ
ールドの構造もしくは該当する流路の形状を工夫するこ
とがますます重要となってきた。

従来の積層形燃料電池は以上のように構成されているの
で、積層された燃料電池の周囲側面全体にマニホールド
を装着しなければならず、マニホールドの形状・気密構
造の精度を上げることが必要で、また、電池の流路面内
の温度分布が不均一になるなどの欠点があった。

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
めになされたもので、燃料および酸化剤の流路形状を変
更することにより、積層された燃料電池本体すなわち積
層体の２側面のみにマニホールドを装着し簡略化しｔ−
構造の積層形燃料電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。第８
図において、（６）は上・下面それぞれに互いに反対す
る方向に流入・流出する燃料流路（６ａ）と酸化剤流路
（６ｂ）を有するガス分離板である。流路形状のより詳
細な説明をすると、例えば第８図（Ａ）に示した燃料流
路（６ａ）において、燃料は中央部分に配置された複数
個の流入口から進入し、はぼ直進して反対端面付近にて
左折および右折の方向にニーターンして進入方向と逆の
方向へ進行した後、流出口から排出されるような左右対
称の流路形状である。

この流路の断面形状はほぼ矩形であり、その断面寸法は
、各々の流路全長での圧力損失がそれぞれほぼ同一にな
るように決定するまた、第３図０３）に示したように、
酸化剤流路（６ｂ）は、ガス分離板（６）の燃料流路（
６ａ）のある−面とその裏側に当る他面に、燃料流路（
６ａ）の流入口・流出口のある側面と対向する側面に流
入口・流出口を設けて、燃料流路（６ａ）とほぼ中心線
対称の形状とする。

次に構成・動作について説明する。積層膜燃料電池本体
の構成は従来の積層膜燃料電池本体（４）とほぼ同一で
ある。まず、ガス分離板（６）と、燃料電極、電解質マ
トリックス、酸化剤電極から構成される単電池（２）と
を交互に、燃料流路（６ａ）と酸化剤流路（６ｂ）の方
向を総て一致させて、該当するガス分離板り６）の流路
面と単電池（２）の電極面とを密着させて、複数個積層
した積層体すなわち積層膜燃料電池本体（７）を組立て
る。次に、このようにして組立てた積層膜燃料電池本体
（７）を動作させる場合について、第４図の断面図にて
説明する。積層膜燃料電池本体（７）の対向する側面２
面に、燃料流路（６ａ）と酸化剤流路（６ｂ）のそれぞ
れに燃料（ａ）と酸化剤（ｂ）を供給するために、該当
する流路の総てを覆う転体形状の燃料および酸化剤供給
用の流路となる燃料マニホールド（８ａ）および酸化剤
マニホールド（８ｂ）を装着する。この場合、燃料マニ
ホールド（８ａ）および酸化剤マニホールド（８ｂ）は
、多数個が並列的に配置されている該当する流路の流入
口および流出口を仕切体（ハ）でそれぞれ区分した構造
であり、燃料および酸化剤はそれぞれ中央部分から該当
する流路に流入しそれぞれ中央部分の両側部分から流出
するような供給系統の構成である。

流入口と流出口間の仕切体（ハ）は同系統のガスの分離
であるから、それほど強固にする必要はない燃料および
酸化剤は該当する流路から該当する電極にそれぞれ供給
されて電気化学的反応に寄与し、反応に寄与しなかった
未反応の燃料および酸化剤は該当する流路から流出する
。このとき、流入した燃料および酸化剤は、積層形燃料
電池本体（７）の比較的温度が高い面内中央部を通過し
て該当流路壁により加熱された後、比較的温度が低い面
内周辺部を通過して該当流路壁を加熱した後流出して、
積層形燃料電池本体（７）の平面内温度分布を平担にす
る。また、燃料マニホールド（８ａ）と酸化剤マニホー
ルド（８ｂ）が装着されていない２側面には、冷η 却配管、電解液補給系統、測定器等の設置が簡単である
。他方、ガス分離板の一面には、流入口から流出口に達
する１群のＵターン形状の流路が２つ形成されているの
で、この１群のＵターン流路に対応する寸法の電極を２
つ合わせて、１平面の電極を形成すれば、電極を大形化
しないでも２倍の大形化が可能である。

なお、上記実施例ではガス分離板（６）に燃料流路（６
ａ）および酸化剤流路（６ｄ）を設けたものを示したが
、リブ付電極と呼ばれている電極面に燃料流路（６ａ）
および壊化剤流路（６ｂ）を設けてもよい。さらに、上
記実施例では燃料流路（６ａ）および酸化剤流路（６ｈ
）に流路を連結する共通流路のないものを示したが、第
５図に示すように、流路（９ａ）に共通流路（１０ａ）
を設けると流路それぞれの流量分布を均一にするのが容
易である。又第５図において流路（９ａ）の全体の流量
分布をさらに均一にするために、破線で示す接続流路（
ｘｉａ）を設けてもよい。又流入口を中央部に流出口を
その両側に設ける代りに、流出口を中央部に流入口をそ
の両側に設けてもよい。

以上のようにこの発明は、燃料流路の流入口及び流出口
を積層体の側面に配置し、これと対向する側面に酸化剤
流路の流入口及び流出口を配置し、上記燃料流路の流入
口から発してＵターンして上記燃料流路の流出口に達す
る燃料流路を形成し、かつ上記酸化剤流路の流入口から
発してＵターンして上記酸化剤流路の流出口に達する酸
化剤流路を形成したので、積層体の２側面で燃料マニホ
ールドと酸化剤マニホールドが配置でき、しかも、燃料
又は酸化剤の流入口と流出口が一側面に集中配置される
ので、同系統間の流入口と流出口間の仕切体は比較的簡
易化し得、全体として構成が簡単になる。又、流入口は
該当する側面の中央部分に位置し、流出口は上記流入口
の両側に位置し、上記流入口から発して両側の上記流出
口に達する２群のＵターン流路を形成すれば、電池の流
路面内の潤度分布が平担化して性能の高い電池が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の積層形燃料電池本体を斜視で示す構成図
、第２図は従来の積層形燻料電池の断面平面図、第８図
はこの発明の一実施例に使用する積層形燃料電池本体の
流路形状を示す平面図、第４図はこの発明の一実施例に
よる積層形燃料電池の断面平面図、第５図はこの発明の
一変形例に使用する積層形燃料電池本体の流路形状を示
す平面図である。 （２）・・・・・・・・・単電池、（６）・・・・・・
・・ガス分離板、（６ａ）・・・・・・・・・燃料流路
、（６ｂ）・・・・・・・・・酸化剤流路、（７）・・
・・・・・・・積層形燃料電池本体、（８ａ）・・・・
・・・・・燃料マニホールド、（８ｂ）・・・・・・・
・酸化剤マニホールド、（至）・・・・・・・・・仕切
体。 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− 第１図 ／″′ 第２図 ／　　　４へ、 ５ｂ　　　　諺 第３図 （，４） 第３図 ＣＢ） 第４図 第５図 手続補正書（自発） 特許庁長官殿 】、事件の表示　　　　特願昭５７−４７９２４号２、
発明の名称 積層形燃料電池 ３、補正をする者 代表者片由仁へ部 ５　補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６・　補正のビ」谷 明細瞥の第７頁第７行〜第８行の「必要はない燃料」を
「必要はない。燃料」と訂正する。 以　　上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス分離板、燃料電極、電解質マトリックス。 及び酸化剤電極を順次複数個積層した積層体の側面に燃
   料マニホールド及び酸化剤マニホールドを装着して構成
   する積層形燃料電池において、燃料流路の流入口及び流
   出口を上記積層体の一側面に配置し、これと対向する側
   面に酸化剤流路の流入口及び流出口を配置し、上記燃料
   流路の流入口から発してＵターンに上記燃料流路の流出
   口に達する燃料流路を形成し、かつ上記酸化剤流路の流
   入口から発してＵターンして上記酸化剤流路の流出口に
   達する酸化剤流路を形成したことを特徴とする積層形燃
   料電池。
2. （２）流入口は該当する側面の中央部分に位置し、流出
   口は上記流入口の両側に位置し、上記流入口から発して
   両側の上記流出口に達する２群のＵターン流路を形成し
   た特許請求の範囲第１項記載の積層形燃料電池。