JPS61131370A - 燃料電池積層体 - Google Patents
燃料電池積層体Info
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- JPS61131370A JPS61131370A JP59251879A JP25187984A JPS61131370A JP S61131370 A JPS61131370 A JP S61131370A JP 59251879 A JP59251879 A JP 59251879A JP 25187984 A JP25187984 A JP 25187984A JP S61131370 A JPS61131370 A JP S61131370A
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- Japan
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- fuel cell
- cell stack
- small holes
- laminating body
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
- H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Sustainable Energy (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は燃料電池積層体に係り、特に、燃料電池積層体
内の温度分布の均一化に好適な燃料電池積層体に関する
。
内の温度分布の均一化に好適な燃料電池積層体に関する
。
燃料電池積層体の冷却方法には、例えば、特開昭５８−
２１６３６５号公報に示されているように、燃料電池積
層体中に所定の間隔で燃料供給溝と平 、行に冷却専
用通路を設け、その通路に冷却剤を流すことによシ、燃
料電池積層体を冷却する構成が考えられている。ｔた、
もう一つの例として特開昭５８−１１２２６７号公報に
、燃料電池積層体を構成するインタコネクタ中に冷却パ
イプを埋設し、燃料電池積層体内における温襄差を小さ
くすることが示されている。これら二つの方法はいずれ
も積層されている電極板、めるいは、七ノくレータなど
に対して面平行となる位置に冷却通路を設けているため
、三次元物体である燃料電池積層体の主に中心部の温度
コントロールは容易には行なえない。これに、燃料電池
積層体の中心部（るるいは内部）の温度が一番高くなる
ことが実験的にも示されていることからもわかる。また
、この事実は単セルが大聖化され、より＠Ｘ層化が進む
とさらに顕著になると考えられる。従って、より確実に
、かつ、容易に燃料電池積層体内部の温度コントロール
ができる手段が必要でめった。
２１６３６５号公報に示されているように、燃料電池積
層体中に所定の間隔で燃料供給溝と平 、行に冷却専
用通路を設け、その通路に冷却剤を流すことによシ、燃
料電池積層体を冷却する構成が考えられている。ｔた、
もう一つの例として特開昭５８−１１２２６７号公報に
、燃料電池積層体を構成するインタコネクタ中に冷却パ
イプを埋設し、燃料電池積層体内における温襄差を小さ
くすることが示されている。これら二つの方法はいずれ
も積層されている電極板、めるいは、七ノくレータなど
に対して面平行となる位置に冷却通路を設けているため
、三次元物体である燃料電池積層体の主に中心部の温度
コントロールは容易には行なえない。これに、燃料電池
積層体の中心部（るるいは内部）の温度が一番高くなる
ことが実験的にも示されていることからもわかる。また
、この事実は単セルが大聖化され、より＠Ｘ層化が進む
とさらに顕著になると考えられる。従って、より確実に
、かつ、容易に燃料電池積層体内部の温度コントロール
ができる手段が必要でめった。
本発明の目的は、燃料゛電池積層体内に垂直に設けた一
連の空間からの放熱効果により、温度分布の範囲が小さ
い燃料電池積層体を提供することにおる。
連の空間からの放熱効果により、温度分布の範囲が小さ
い燃料電池積層体を提供することにおる。
不発明は、燃料電池積層体の温度分布の範囲が比較的大
きくなるという実験的事実から、この温度分布の範囲を
小さくする手段として、燃料電池積層体を構成する電極
板、おるいは、セパレータなどに対して垂直方向となる
ような一連の空間を燃料電池積層体内部に設けるように
したものでおる。
きくなるという実験的事実から、この温度分布の範囲を
小さくする手段として、燃料電池積層体を構成する電極
板、おるいは、セパレータなどに対して垂直方向となる
ような一連の空間を燃料電池積層体内部に設けるように
したものでおる。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は燃料電池積層体の一部を取り上げて示した構成図で
、燃料流路と酸化剤流路が直交している、いわゆる、ク
ロスフローと呼ばれる流路方式について示したものであ
る。本発明は流路方式に限定されるものではない。以下
、構成を説明する。単セル１は、電解質板２ｔ−電極３
，４で挾んだものをさらにリプ付きセパレータ５．６で
挾んで構成される。リプ付きセパレータ５と６には、両
セパレータが向い合った状態で、凸部同士がクロスする
部分に、それぞれ冷却用の小孔７と９を設ける。また、
電解質２及び電極３，４にもリプ付さセパレータ５．６
に設けた小孔７，９に対応した位置に、同じく小孔８を
設ける。ここで、小孔９は楓状の小突起であり、電気的
絶縁性、耐食性及び耐熱性の良好なセラミックなどの材
料で形成さｎる。小孔９は、電解質２及び電極３．４を
貫き、小孔９との各接触面はそれぞれ電解質２及び電極
３．４を構成する材料によりシールされる。
図は燃料電池積層体の一部を取り上げて示した構成図で
、燃料流路と酸化剤流路が直交している、いわゆる、ク
ロスフローと呼ばれる流路方式について示したものであ
る。本発明は流路方式に限定されるものではない。以下
、構成を説明する。単セル１は、電解質板２ｔ−電極３
，４で挾んだものをさらにリプ付きセパレータ５．６で
挾んで構成される。リプ付きセパレータ５と６には、両
セパレータが向い合った状態で、凸部同士がクロスする
部分に、それぞれ冷却用の小孔７と９を設ける。また、
電解質２及び電極３，４にもリプ付さセパレータ５．６
に設けた小孔７，９に対応した位置に、同じく小孔８を
設ける。ここで、小孔９は楓状の小突起であり、電気的
絶縁性、耐食性及び耐熱性の良好なセラミックなどの材
料で形成さｎる。小孔９は、電解質２及び電極３．４を
貫き、小孔９との各接触面はそれぞれ電解質２及び電極
３．４を構成する材料によりシールされる。
さらに、小孔９はリプ付きセパレータ５と面接触し圧着
される。このようにして構成され小孔をもつ単セル１を
複数積層して、燃料電池積層体１０力株考成される。燃
料電池積層体１０は、積層方向に設けられた一連の小孔
に冷却媒体を流通させる−ためのマニホールド１１及び
１２により挾着される。
される。このようにして構成され小孔をもつ単セル１を
複数積層して、燃料電池積層体１０力株考成される。燃
料電池積層体１０は、積層方向に設けられた一連の小孔
に冷却媒体を流通させる−ためのマニホールド１１及び
１２により挾着される。
このように構成された燃料電池積層体の動作を、簡単の
ため、単セル１のみをマニホールド１１及び１２により
挾着して構成される燃料電池について説明する。例えば
、リプ付きセパレータ５及び６の溝に、それぞれ、酸化
剤１８及び燃料１９を流すと、−池反応の発熱に伴って
、単セル１に温度分布が生じる。この温度分布の様子を
流路方式別に示したのが第２図である。単セル１への燃
料１９の流れと酸化剤１８の流れがクロスフローの場合
、中央よりアノード入口寄りにピークを持つ温度分布と
なシ、酸化剤２０の流れがコフロ−（並行流）の場合は
、アノード入口側が低く、アノード出口側が高いという
温度分布となる。また、酸化剤２１の流れがカウンター
フロー（対向泥）の場合は、アノード入口近傍にピーク
を持つ温度分布となる。以上、従来の三ａ類の流路方式
によれば、全て温度の最大値と最小値の間の温度差が大
きく、この温度差により多段に積層された燃料電池積層
体の熱応力発生の問題や各単セルの寿命が低下する問題
及び温度分布を平均化した代表温度の低下による起電力
の低下の問題などが生じる。
ため、単セル１のみをマニホールド１１及び１２により
挾着して構成される燃料電池について説明する。例えば
、リプ付きセパレータ５及び６の溝に、それぞれ、酸化
剤１８及び燃料１９を流すと、−池反応の発熱に伴って
、単セル１に温度分布が生じる。この温度分布の様子を
流路方式別に示したのが第２図である。単セル１への燃
料１９の流れと酸化剤１８の流れがクロスフローの場合
、中央よりアノード入口寄りにピークを持つ温度分布と
なシ、酸化剤２０の流れがコフロ−（並行流）の場合は
、アノード入口側が低く、アノード出口側が高いという
温度分布となる。また、酸化剤２１の流れがカウンター
フロー（対向泥）の場合は、アノード入口近傍にピーク
を持つ温度分布となる。以上、従来の三ａ類の流路方式
によれば、全て温度の最大値と最小値の間の温度差が大
きく、この温度差により多段に積層された燃料電池積層
体の熱応力発生の問題や各単セルの寿命が低下する問題
及び温度分布を平均化した代表温度の低下による起電力
の低下の問題などが生じる。
従って、このような単セル１の温度分布を均一化するた
めに、前述の構成のように、マニホールド１３から冷却
媒体１３が流入され、リプ付きセパレータ６に設けた小
孔９を通った冷却媒体１４は、電極４（この場合はアノ
ード）、電解質板２及び電極３（この場合はカンード）
に一連に設けられた小孔８を通過する。小孔８ｔ−通過
した冷却媒体１５は、リプ付きセパレータ５に設けた小
孔７を通る。小孔７ｔ−通過した冷却媒体１６は、マニ
ホールド１１から流出し、冷却媒体１７として燃料電池
積層体１０力の外部へ放出される。これらの一連の過程
において、冷却媒体１３，１４．１５．１６及び１７は
燃料電池積層体内部の熱を受けとり、単セル１（すなわ
ち、燃料電池積層体１０）を内部から冷却する。その結
果、第２図の２２に示したような温度差の比較的小さい
燃料電池積層体が得られる。
めに、前述の構成のように、マニホールド１３から冷却
媒体１３が流入され、リプ付きセパレータ６に設けた小
孔９を通った冷却媒体１４は、電極４（この場合はアノ
ード）、電解質板２及び電極３（この場合はカンード）
に一連に設けられた小孔８を通過する。小孔８ｔ−通過
した冷却媒体１５は、リプ付きセパレータ５に設けた小
孔７を通る。小孔７ｔ−通過した冷却媒体１６は、マニ
ホールド１１から流出し、冷却媒体１７として燃料電池
積層体１０力の外部へ放出される。これらの一連の過程
において、冷却媒体１３，１４．１５．１６及び１７は
燃料電池積層体内部の熱を受けとり、単セル１（すなわ
ち、燃料電池積層体１０）を内部から冷却する。その結
果、第２図の２２に示したような温度差の比較的小さい
燃料電池積層体が得られる。
本発明の一実施例によれば、リプ付きセパレータ同士が
向き合った状態で、凸部同士がクロスする部分、つまり
、電極反応にほとんど関与しない部分に冷却用の小孔を
設けて、燃料電池積層体の冷却を行なったので、電池性
能をほとんど低下させることなく温度分布の均一化がで
きるという効果がある。また、単セル毎に独立構造とな
っているので、製産性が良好で、運用性、保守性の面で
扱い易いという効果もある。なお、燃料電池積層体の積
層方向く設けた小孔中に改質顎媒を保持させて、燃料を
流し、改質反応の吸熱を利用する方法も燃料電池積層体
内部の温度分布を均一化するのに効果がある。
向き合った状態で、凸部同士がクロスする部分、つまり
、電極反応にほとんど関与しない部分に冷却用の小孔を
設けて、燃料電池積層体の冷却を行なったので、電池性
能をほとんど低下させることなく温度分布の均一化がで
きるという効果がある。また、単セル毎に独立構造とな
っているので、製産性が良好で、運用性、保守性の面で
扱い易いという効果もある。なお、燃料電池積層体の積
層方向く設けた小孔中に改質顎媒を保持させて、燃料を
流し、改質反応の吸熱を利用する方法も燃料電池積層体
内部の温度分布を均一化するのに効果がある。
第３図に本１明の他の実施例を示す。本実施例は、電解
質板を二枚の電極で挾んで構成される板３０を、さらに
、リプ付きセパレータ５と６で挾んで単セル１を構成す
る。単セル１を複数積層して、燃料電池積層体１０を形
成する。燃料電池積層体１０と同じ積層方向の中心軸を
もつ中空の通路３１が、燃料電池積層体１ｏの中央部へ
設けられる。この通路３１には冷却剤１３が流入し、燃
料電池積層体１０から熱を受は取った冷却剤１７として
外部へ流出される。このとき、例えは、リプ付きセパレ
ータ６の流路形状は、第４図のように形成される。丁な
わち、燃料１９をリプ付きセパソー夕６のガス流路３４
に流すと、電池反応を終ったガス３２として、リプ付き
セパレータ６の外部へ流出する。なお、斜線で示された
部分３３は、ガス流路の仕切りでめり、３１は冷却剤が
流れる通路を示す。これに対してもう一方のリプ付きセ
パレータ５の流路形状は、リプ付きセパレータ６と左右
逆対称で良く、リプ付きセパレータ５及び６の流路形状
は第４図に示したものに限定しない。また、冷却剤が流
れる通路３１の形状は四角形にとどまらず、円筒でも良
く、限定しない。
質板を二枚の電極で挾んで構成される板３０を、さらに
、リプ付きセパレータ５と６で挾んで単セル１を構成す
る。単セル１を複数積層して、燃料電池積層体１０を形
成する。燃料電池積層体１０と同じ積層方向の中心軸を
もつ中空の通路３１が、燃料電池積層体１ｏの中央部へ
設けられる。この通路３１には冷却剤１３が流入し、燃
料電池積層体１０から熱を受は取った冷却剤１７として
外部へ流出される。このとき、例えは、リプ付きセパレ
ータ６の流路形状は、第４図のように形成される。丁な
わち、燃料１９をリプ付きセパソー夕６のガス流路３４
に流すと、電池反応を終ったガス３２として、リプ付き
セパレータ６の外部へ流出する。なお、斜線で示された
部分３３は、ガス流路の仕切りでめり、３１は冷却剤が
流れる通路を示す。これに対してもう一方のリプ付きセ
パレータ５の流路形状は、リプ付きセパレータ６と左右
逆対称で良く、リプ付きセパレータ５及び６の流路形状
は第４図に示したものに限定しない。また、冷却剤が流
れる通路３１の形状は四角形にとどまらず、円筒でも良
く、限定しない。
本実施例によれば、乍却剤の流れる通路を大きく遍定で
きるので、製作がし易い上に、多量の冷却剤を流すこと
ができ、電池の冷却効果が向上しさらに、改質触媒など
を元てんし易くなり、内部改質型燃料電池として熱効率
の向上が図れる。
きるので、製作がし易い上に、多量の冷却剤を流すこと
ができ、電池の冷却効果が向上しさらに、改質触媒など
を元てんし易くなり、内部改質型燃料電池として熱効率
の向上が図れる。
本発明によｎば、一連の空間からの放熱によシ燃料電池
積層体内の温度分布の範囲が小さくなる。
積層体内の温度分布の範囲が小さくなる。
第１図、第３図は、本発明の実施例を示す図、第２図は
、流路方式別の電池の温度分布図、第４図は、第３図の
■断面図である。 １・・・単セル、５，６・・・リプ付きセパレータ、７
゜８．９・・・小孔、１０・・・燃料電池積層体、１１
゜不１０ 介＾１７ 鎖へ１３ 茅３０
、流路方式別の電池の温度分布図、第４図は、第３図の
■断面図である。 １・・・単セル、５，６・・・リプ付きセパレータ、７
゜８．９・・・小孔、１０・・・燃料電池積層体、１１
゜不１０ 介＾１７ 鎖へ１３ 茅３０
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、電解質板の一方の面に燃料極を、他方の面に酸化極
を設け、これらをセパレータで挾着した単セルを積層し
て構成される燃料電池積層体において、 前記単セルすべてに対して垂直方向に貫く一連の空間を
設けたことを特徴とする燃料電池積層体。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記空間に冷却媒体を流すようにしたことを特徴とする
燃料電池積層体。 ３、特許請求の範囲第１項において、 前記空間に触媒を設け、そこに被改質燃料を流すように
したことを特徴とする燃料電池積層体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59251879A JPS61131370A (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 燃料電池積層体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59251879A JPS61131370A (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 燃料電池積層体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61131370A true JPS61131370A (ja) | 1986-06-19 |
Family
ID=17229293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59251879A Pending JPS61131370A (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 燃料電池積層体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61131370A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1211745A2 (en) * | 2000-11-29 | 2002-06-05 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack comprising an arrangement for passage of a temperature regulating medium |
| JP2003317785A (ja) * | 2002-04-26 | 2003-11-07 | Nissan Motor Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
-
1984
- 1984-11-30 JP JP59251879A patent/JPS61131370A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1211745A2 (en) * | 2000-11-29 | 2002-06-05 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack comprising an arrangement for passage of a temperature regulating medium |
| US6713203B2 (en) | 2000-11-29 | 2004-03-30 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell |
| EP1211745A3 (en) * | 2000-11-29 | 2004-11-17 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack comprising an arrangement for passage of a temperature regulating medium |
| JP2003317785A (ja) * | 2002-04-26 | 2003-11-07 | Nissan Motor Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| JP4645876B2 (ja) * | 2002-04-26 | 2011-03-09 | 日産自動車株式会社 | 固体電解質型燃料電池 |
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