JPS624833B2 - - Google Patents
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- JPS624833B2 JPS624833B2 JP56024654A JP2465481A JPS624833B2 JP S624833 B2 JPS624833 B2 JP S624833B2 JP 56024654 A JP56024654 A JP 56024654A JP 2465481 A JP2465481 A JP 2465481A JP S624833 B2 JPS624833 B2 JP S624833B2
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- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
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- 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
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、燃料電池、特に、マニホールド型の
燃料電池に関するものである。
燃料電池に関するものである。
燃料電池には、燃料、酸化剤（例えば空気）を
供給、排出する構造が設けられている。その一つ
の方式に、電極内にガスを供給、排出するための
共通流路が設けてある内部通路型があるが、この
方式は電極構造が複雑で、かつガス反応部へのガ
スの供給が不均一になりやすく、特に、大型燃料
電池ではほとんど実施不可能である。
供給、排出する構造が設けられている。その一つ
の方式に、電極内にガスを供給、排出するための
共通流路が設けてある内部通路型があるが、この
方式は電極構造が複雑で、かつガス反応部へのガ
スの供給が不均一になりやすく、特に、大型燃料
電池ではほとんど実施不可能である。
このため、最近は、第１〜第３図に示すような
積層電池の四側面に設けらたマニホールドを介し
て、ガスの供給、排出の行なわれるマニホールド
型の燃料電池が、大型燃料電池用として用いられ
ている。
積層電池の四側面に設けらたマニホールドを介し
て、ガスの供給、排出の行なわれるマニホールド
型の燃料電池が、大型燃料電池用として用いられ
ている。
第１図は電池構成部材の分解斜視図、第２図は
積層状態を示す斜視図、第３図は積層された電池
を収納タンクに配設した状態を示す要部切欠き平
面図である。
積層状態を示す斜視図、第３図は積層された電池
を収納タンクに配設した状態を示す要部切欠き平
面図である。
これらの図において、１は燃料極、２は空気極
で、例えば、黒鉛繊維よりなり、いずれもその一
面に多数のリブが設けられガス流路３が形成され
ており、他の平坦面には、例えば、白金を拡散し
た黒鉛粉末を塗布して触媒層４が設けられてい
る。これらの燃料極１および空気極２は、例え
ば、リン酸のような電解液を保持させた電解液保
持用マトリツクス５に対して平坦面が密着するよ
うに装着され、かつそれぞれに設けられているガ
ス流路３が直交するように配置され、単位セルが
構成される。このように構成された単位セルは、
燃料および空気のセパレータ６を介して積層され
る。７は冷却器で、溝内に冷却管８が埋設されて
おり、複数個の単位セルごとに一個設けられ、冷
却管８の両端は、それぞれ、入口分岐管９、出口
合流管１０を介して、入口主管１１、出口主管１
２に接続されている。
で、例えば、黒鉛繊維よりなり、いずれもその一
面に多数のリブが設けられガス流路３が形成され
ており、他の平坦面には、例えば、白金を拡散し
た黒鉛粉末を塗布して触媒層４が設けられてい
る。これらの燃料極１および空気極２は、例え
ば、リン酸のような電解液を保持させた電解液保
持用マトリツクス５に対して平坦面が密着するよ
うに装着され、かつそれぞれに設けられているガ
ス流路３が直交するように配置され、単位セルが
構成される。このように構成された単位セルは、
燃料および空気のセパレータ６を介して積層され
る。７は冷却器で、溝内に冷却管８が埋設されて
おり、複数個の単位セルごとに一個設けられ、冷
却管８の両端は、それぞれ、入口分岐管９、出口
合流管１０を介して、入口主管１１、出口主管１
２に接続されている。
１３は、このように積層された積層電池１４の
四つの側面に装着され、ガスの供給排出用の空間
を形成するマニホールドで、各マニホールド１３
には、ガス供給管１５ａ，１５ｂ、ガス排出管１
６ａ，１６ｂが収納タンク１７を貫通して備えら
れ、収納タンク１７外よりガスの供給排出を可能
としている。１８，１９は収納タンク１７、マニ
ホールド１３を貫通して配管されマニホールド１
３内の入口主管１１、出口主管１２に接続する冷
却水供給管、冷却水排出管である。
四つの側面に装着され、ガスの供給排出用の空間
を形成するマニホールドで、各マニホールド１３
には、ガス供給管１５ａ，１５ｂ、ガス排出管１
６ａ，１６ｂが収納タンク１７を貫通して備えら
れ、収納タンク１７外よりガスの供給排出を可能
としている。１８，１９は収納タンク１７、マニ
ホールド１３を貫通して配管されマニホールド１
３内の入口主管１１、出口主管１２に接続する冷
却水供給管、冷却水排出管である。
そしてこのような構成を有する燃料電流におい
て、第３図に示すように、燃料となる水素をガス
供給管１５ａより実線矢印の方向に、空気をガス
供給管１５ｂより破線矢印の方向に流し、触媒部
分における電気化学反応によつて発電している。
て、第３図に示すように、燃料となる水素をガス
供給管１５ａより実線矢印の方向に、空気をガス
供給管１５ｂより破線矢印の方向に流し、触媒部
分における電気化学反応によつて発電している。
しかし、このマニホールド型燃料電池は、マニ
ホールド１３内のガスシールは、マニホールド１
３の端部と積層電池１４の四つの側面の端部との
接触のみで行なうようになつているため、四つの
側面の寸法精度に非常に高い精度が必要であり、
また、冷却配管もともどもマニホールド内に配設
されるため構造が非常に複雑となり、製造も容易
でなかつた。
ホールド１３内のガスシールは、マニホールド１
３の端部と積層電池１４の四つの側面の端部との
接触のみで行なうようになつているため、四つの
側面の寸法精度に非常に高い精度が必要であり、
また、冷却配管もともどもマニホールド内に配設
されるため構造が非常に複雑となり、製造も容易
でなかつた。
本発明は、これらの問題点を除去するためにな
されたもので、構造が簡単で、信頼性の高いマニ
ホールド型燃料電池を提供することを目的とする
もので、マトリツクスを介して相対向する燃料極
および酸化剤極を有する単位セルを、セパレータ
を介して複数個積層した積層体の側面に、燃料極
および酸化剤極に対するガスの給排用のマニホー
ルドが配設され、燃料極および酸化剤極またはセ
パレータに燃料極用および酸化剤極用のガス流路
が設けられている燃料電池において、燃料極用お
よび酸化剤極用のガス流路が、燃料極および酸化
剤極またはセパレータの同一側面に設けられた同
種ガスのガス供給口およびガス排出口と、これら
のガス供給口およびガス排出口を構成する開口を
有する先端行止まりの複数個の平行な溝よりなる
第１の流路、この第１の流路を構成する溝間のガ
スの流通を制御する少なくとも一つの溝方向に配
列するガス流制御用仕切壁、および先端付近にお
いて第１の流路を相互に連絡する溝よりなる第２
の流路によつて形成されている閉流路とを有し、
積層体の相対向する二つの側面のそれぞれに、ガ
ス供給口およびガス排出口に連通する燃料極およ
び酸化剤極に対するガスの供給口および排出口を
有するマニホールドが設けられていることを特徴
とするものである。
されたもので、構造が簡単で、信頼性の高いマニ
ホールド型燃料電池を提供することを目的とする
もので、マトリツクスを介して相対向する燃料極
および酸化剤極を有する単位セルを、セパレータ
を介して複数個積層した積層体の側面に、燃料極
および酸化剤極に対するガスの給排用のマニホー
ルドが配設され、燃料極および酸化剤極またはセ
パレータに燃料極用および酸化剤極用のガス流路
が設けられている燃料電池において、燃料極用お
よび酸化剤極用のガス流路が、燃料極および酸化
剤極またはセパレータの同一側面に設けられた同
種ガスのガス供給口およびガス排出口と、これら
のガス供給口およびガス排出口を構成する開口を
有する先端行止まりの複数個の平行な溝よりなる
第１の流路、この第１の流路を構成する溝間のガ
スの流通を制御する少なくとも一つの溝方向に配
列するガス流制御用仕切壁、および先端付近にお
いて第１の流路を相互に連絡する溝よりなる第２
の流路によつて形成されている閉流路とを有し、
積層体の相対向する二つの側面のそれぞれに、ガ
ス供給口およびガス排出口に連通する燃料極およ
び酸化剤極に対するガスの供給口および排出口を
有するマニホールドが設けられていることを特徴
とするものである。
すなわち、本発明は、従来のマニホールド型燃
料電池が積層電池の四側面にマニホールドを取り
付けていたため、構造が非常に複雑となることに
着目してなされたもので、燃料極および酸化剤
極、またはセパレータ内に設けられているガス流
路を反転機能を持つた構造とし、特に、燃料極お
よび酸化剤極、またはセパレータの一側面のみに
ガスの供給口および排出口となる開口が設けられ
他の三側面が閉じたものを、開口部が交互に反対
方向になるように積層配置し、その開口側に燃料
極および酸化剤極に対するガスの供給口および排
出口の設けられている燃料用マニホールド、酸化
剤用マニホールドを配置することにより、所期の
目的の達成を可能とするものである。
料電池が積層電池の四側面にマニホールドを取り
付けていたため、構造が非常に複雑となることに
着目してなされたもので、燃料極および酸化剤
極、またはセパレータ内に設けられているガス流
路を反転機能を持つた構造とし、特に、燃料極お
よび酸化剤極、またはセパレータの一側面のみに
ガスの供給口および排出口となる開口が設けられ
他の三側面が閉じたものを、開口部が交互に反対
方向になるように積層配置し、その開口側に燃料
極および酸化剤極に対するガスの供給口および排
出口の設けられている燃料用マニホールド、酸化
剤用マニホールドを配置することにより、所期の
目的の達成を可能とするものである。
以下、実施例について説明する。
第４図は一実施例の電池構成部材の分解斜視
図、第５図は第４図の要部の平面図、第６図は第
５図のＡ―Ａ断面図、第７図は収納タンクに配設
した状態を示す要部切欠き平面図である。これら
の図において、第１〜第３図と同一部分には同一
符号が付してある。
図、第５図は第４図の要部の平面図、第６図は第
５図のＡ―Ａ断面図、第７図は収納タンクに配設
した状態を示す要部切欠き平面図である。これら
の図において、第１〜第３図と同一部分には同一
符号が付してある。
２０は、この実施例の燃料極１および空気極２
で用いる電極基板であり、電極基板２０の一つの
面に設けられているガス流路３は、電極基板２０
の一対の側面に平行な先端行止まりの複数個の溝
（これらの溝によつて形成される流路を第１の流
路と称する）を有し、これら複数個の溝は、電極
基板２０を、例えば、弗素系プラスチツクで不浸
透処理して形成した仕切壁２１ａおよび２１ｂに
よつて三群の流路に分けられ、中央部の流路がガ
ス供給用、両側の流路がガス排出用となる。そし
て、これらの流路のガス供給口３ａおよびガス排
出口３ｂから遠い位置に第１の流路の複数個の溝
を相互に連絡する溝（これらの溝によつて形成さ
れる流路を第２の流路と称する）が設けられてい
る。すなわち、電極基板２０の三側面はガスの流
出入が阻止される障壁が存在する状態になり、残
つた一側面がガスの流出入が可能となるように開
口されている。
で用いる電極基板であり、電極基板２０の一つの
面に設けられているガス流路３は、電極基板２０
の一対の側面に平行な先端行止まりの複数個の溝
（これらの溝によつて形成される流路を第１の流
路と称する）を有し、これら複数個の溝は、電極
基板２０を、例えば、弗素系プラスチツクで不浸
透処理して形成した仕切壁２１ａおよび２１ｂに
よつて三群の流路に分けられ、中央部の流路がガ
ス供給用、両側の流路がガス排出用となる。そし
て、これらの流路のガス供給口３ａおよびガス排
出口３ｂから遠い位置に第１の流路の複数個の溝
を相互に連絡する溝（これらの溝によつて形成さ
れる流路を第２の流路と称する）が設けられてい
る。すなわち、電極基板２０の三側面はガスの流
出入が阻止される障壁が存在する状態になり、残
つた一側面がガスの流出入が可能となるように開
口されている。
このように構成されている燃料極１および空気
極２においては、それぞれのガス供給口３ａから
電極基板２０内に供給されたガスは、第１の流路
を直進後、先端行止り部分で直進が阻止されると
ともに、第１の流路と第２の流路とによつて形成
されている折流部３ｃにおいて方向を変え、第１
の流路内を流れてガス排出口３ｂから排出され
る。従つて、電極基板２０内において、ガスの均
一な流れを形成することができる。
極２においては、それぞれのガス供給口３ａから
電極基板２０内に供給されたガスは、第１の流路
を直進後、先端行止り部分で直進が阻止されると
ともに、第１の流路と第２の流路とによつて形成
されている折流部３ｃにおいて方向を変え、第１
の流路内を流れてガス排出口３ｂから排出され
る。従つて、電極基板２０内において、ガスの均
一な流れを形成することができる。
そして、この燃料電池は、これらの電極基板２
０にそれぞれ燃料、空気に対応して触媒処理が施
こされ、マトリツクスを固着したものを、平坦面
が対向するように、また、燃料および空気のガス
流路が対向流となるように配置され、この積層電
池のガス供給口３ａおよびガス排出口３ｂの設け
られている反対方向の二側面に燃料ガス用マニホ
ールド２２および空気用マニホールド２３が固着
されたものが収納タンク１７内に収納される。な
お、冷却水供給管１８および冷却水排出管１９は
マニホールドの固着されていない一つの側面に配
置される。ガス、冷却水の配管は、いずれも収納
タンク１７を貫通して外部に導出されている。
０にそれぞれ燃料、空気に対応して触媒処理が施
こされ、マトリツクスを固着したものを、平坦面
が対向するように、また、燃料および空気のガス
流路が対向流となるように配置され、この積層電
池のガス供給口３ａおよびガス排出口３ｂの設け
られている反対方向の二側面に燃料ガス用マニホ
ールド２２および空気用マニホールド２３が固着
されたものが収納タンク１７内に収納される。な
お、冷却水供給管１８および冷却水排出管１９は
マニホールドの固着されていない一つの側面に配
置される。ガス、冷却水の配管は、いずれも収納
タンク１７を貫通して外部に導出されている。
このように構成された燃料電池に、燃料ガスで
ある水素および空気を供給すると、水素は第７図
の実線矢印で示すように、また、空気は同じく破
線矢印で示すように、それぞれ、電極内でＵター
ンして流れ、その際触媒部で反応して発電が行な
われる。
ある水素および空気を供給すると、水素は第７図
の実線矢印で示すように、また、空気は同じく破
線矢印で示すように、それぞれ、電極内でＵター
ンして流れ、その際触媒部で反応して発電が行な
われる。
この実施例の燃料電池では、マニホールドは二
つの側面にのみ設けられ、また冷却水用の配管が
マニホールド内に配設されていないため、構造が
非常に簡単になる。さらに、冷却水用の配管がマ
ニホールド内に設けられていないため、冷却水の
配管の水もれ、あるいは、マニホールドのガスシ
ールド部のガスもれが容易に監視でき、信頼性が
非常に向上する。
つの側面にのみ設けられ、また冷却水用の配管が
マニホールド内に配設されていないため、構造が
非常に簡単になる。さらに、冷却水用の配管がマ
ニホールド内に設けられていないため、冷却水の
配管の水もれ、あるいは、マニホールドのガスシ
ールド部のガスもれが容易に監視でき、信頼性が
非常に向上する。
なお、燃料極および空気極のガス流路を構成す
る際に、燃料ガスは流れの向きに従つて消費され
ることを考慮して、入口側の流路数を出口側の流
路数よりも増大させるようにすれば、触媒に作用
する燃料分子密度を一様にすることができ、電極
面全域において均一に発電させることができる効
果がある。
る際に、燃料ガスは流れの向きに従つて消費され
ることを考慮して、入口側の流路数を出口側の流
路数よりも増大させるようにすれば、触媒に作用
する燃料分子密度を一様にすることができ、電極
面全域において均一に発電させることができる効
果がある。
また、第８図に示すように、電極基板２０上に
仕切壁２１ａおよび２１ｂの設けられているガス
流路３を構成する溝内に円形等のボス２４を多数
形成してガス流路を構成すれば、ガスの流れがよ
くなりガス流は矢印のように均一に流れ、電極面
における発電の均一性をさらに増大させることが
できる。
仕切壁２１ａおよび２１ｂの設けられているガス
流路３を構成する溝内に円形等のボス２４を多数
形成してガス流路を構成すれば、ガスの流れがよ
くなりガス流は矢印のように均一に流れ、電極面
における発電の均一性をさらに増大させることが
できる。
以上の実施例においては、マトリツクスを介し
て対設される燃料極および空気極に燃料ガスおよ
び空気の流路の設けられている例について説明し
たが、単位セルを複数個積層する際に用いられる
セパレータに燃料ガスおよび空気の流路の設けら
れている燃料電池においても同様に用いられ、同
様に作用し、同様の効果を得ることができる。
て対設される燃料極および空気極に燃料ガスおよ
び空気の流路の設けられている例について説明し
たが、単位セルを複数個積層する際に用いられる
セパレータに燃料ガスおよび空気の流路の設けら
れている燃料電池においても同様に用いられ、同
様に作用し、同様の効果を得ることができる。
以上の如く、本発明の燃料電池は、構造が簡単
で、信頼性の高いマニホールド型燃料電池を提供
するもので、産業上の効果の大なるものである。
で、信頼性の高いマニホールド型燃料電池を提供
するもので、産業上の効果の大なるものである。
第１図は、従来のマニホールド型燃料電池の電
池構成部材の分解斜視図、第２図は、同じく積層
状態を示す斜視図、第３図は、同じく積層された
電池を収納タンクに配設した状態を示す要部切欠
き平面図、第４図は、本発明の燃料電池の一実施
例の電池構成部材の要部の分解斜視図、第５図
は、第４図の要部の平面図、第６図は第５図のＡ
―Ａ断面図、第７図は、同じく積層された電池を
収納タンクに配設した状態を示す要部切欠き平面
図、第８図は、他の実施例の要部平面図である。 １……燃料極、２……空気極、３……ガス流
路、３ａ……ガス供給口、３ｂ……ガス排出口、
３ｃ……ガス折流部、４……触媒、５……マトリ
ツクス、６……セパレータ、１５ａ，１５ｂ……
ガス供給管、１６ａ，１６ｂ……ガス排出管、１
７……収納タンク、２０……電極基板、２１ａ，
２１ｂ……仕切壁、２２……燃料ガス用マニホー
ルド、２３……空気用マニホールド、２４……ボ
ス。
池構成部材の分解斜視図、第２図は、同じく積層
状態を示す斜視図、第３図は、同じく積層された
電池を収納タンクに配設した状態を示す要部切欠
き平面図、第４図は、本発明の燃料電池の一実施
例の電池構成部材の要部の分解斜視図、第５図
は、第４図の要部の平面図、第６図は第５図のＡ
―Ａ断面図、第７図は、同じく積層された電池を
収納タンクに配設した状態を示す要部切欠き平面
図、第８図は、他の実施例の要部平面図である。 １……燃料極、２……空気極、３……ガス流
路、３ａ……ガス供給口、３ｂ……ガス排出口、
３ｃ……ガス折流部、４……触媒、５……マトリ
ツクス、６……セパレータ、１５ａ，１５ｂ……
ガス供給管、１６ａ，１６ｂ……ガス排出管、１
７……収納タンク、２０……電極基板、２１ａ，
２１ｂ……仕切壁、２２……燃料ガス用マニホー
ルド、２３……空気用マニホールド、２４……ボ
ス。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ マトリツクスを介して相対向する燃料極およ
び酸化剤極を有する単位セルを、セパレータを介
して複数個積層した積層体の側面に前記燃料極お
よび前記酸化剤極に対するガスの給排用のマニホ
ールドが配設され、前記燃料極および酸化剤極ま
たは前記セパレータに前記燃料極用および前記酸
化剤極用のガス流路が設けられている燃料電池に
おいて、前記燃料極用および前記酸化剤極用のガ
ス流路が、前記燃料極および酸化剤極または前記
セパレータの同一側面に設けられた同種ガスのガ
ス供給口およびガス排出口と、該ガス供給口およ
びガス排出口を構成する開口を有する先端行止ま
りの複数個の平行な溝よりなる第１の流路、該第
１の流路を構成する溝間のガスの流通を制御する
少なくとも一つの溝方向に配列するガス流制御用
仕切壁、および前記先端付近において前記第１の
流路を相互に連絡する溝よりなる第２の流路によ
つて形成されている閉流路とを有し、前記積層体
の相対向する二つの側面のそれぞれに、前記ガス
供給口およびガス排出口に連通する燃料極および
酸化剤極に対するガスの供給口および排出口を有
するマニホールドが設けられていることを特徴と
する燃料電池。 ２ 前記閉流路が、前記第１および第２の流路内
にガス流均一化のためのボスを有する特許請求の
範囲第１項記載の燃料電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56024654A JPS57138782A (en) | 1981-02-20 | 1981-02-20 | Fuel cell |
| US06/349,813 US4407904A (en) | 1981-02-20 | 1982-02-18 | Fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56024654A JPS57138782A (en) | 1981-02-20 | 1981-02-20 | Fuel cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57138782A JPS57138782A (en) | 1982-08-27 |
| JPS624833B2 true JPS624833B2 (ja) | 1987-02-02 |
Family
ID=12144123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56024654A Granted JPS57138782A (en) | 1981-02-20 | 1981-02-20 | Fuel cell |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4407904A (ja) |
| JP (1) | JPS57138782A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1982
- 1982-02-18 US US06/349,813 patent/US4407904A/en not_active Expired - Lifetime
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