JPS624834B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 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。

〔従来の技術〕

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。

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れ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。

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（以下マトリツクスと称する）
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１２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
１３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池にお
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。

〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、このマニホールド型燃料電池は、マニ
ホールド１３内のガスシールを、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、冷却水用の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、さら
に電解質として用いられるリン酸の蒸気との接触
が考えられるため、使用材料が限定されるなどの
欠点があつた。

本発明は、これらの欠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
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

前述の問題点を解決するためになされた本発明
の構成は、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が、収納タンク
内に収納され、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
するマニホールドを備え、積層体のマニホールド
の設けられていない相対向する二側面に設けられ
た積層体の冷却器の冷却ガスの供給口および排出
口が、収納タンク内に設けられた隔壁によつて二
分された空間を介して収納タンクに設けられた冷
却ガスの供給管および排出管にそれぞれ連通して
いることを特徴とするものである。

〔作用〕

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つてマニホールドの個数
の低減を可能とし、さらにマニホールドの配設さ
れない他の側面に配設される冷却媒体用の配管の
代りに収納タンク内に設けらた隔壁によつて二分
された空間を用いることによつて冷却媒体用配管
を除去し、所期の目的の達成を可能としたもので
ある。

〔実施例〕

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図は積層状態を示す斜
視図、第８図は収納タンクに収納した状態を示す
要部切欠き平面図である。これらの図において、
第１〜第６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る。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。

そして、電極基板２０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
に納さめる。

この実施例の燃料電池は、第１〜第３図の従来
の燃料電池と異なり、冷却水の代りに冷却ガスを
用いており、これによつて第１及び第２図におけ
る冷却管８および冷却水用の各種配管９，１０，
１１，１２を不要とした。すなわち、冷却器を両
側に位置する黒鉛よりなるシール板２４ａおよび
２４ｂとこの間に設けられる波形板よりなるコン
パクトクーラ２５とで構成し、上下両面にセパレ
ータ６を配設して構成されている。そしてコンパ
クトクーラ２５には窒素ガスなどの不活性ガスを
導入するが、この不活性ガスは、収納タンク１７
と積層電池１４ならびにマニホールド２２および
２３とによつて形成される空間を、マニホールド
の設けられていない側面をそれぞれ一個ずつ含む
ように仕切板２６ａおよび２６ｂによつて仕切つ
て形成された空間２７ａおよび２７ｂを、それぞ
れ介して収納タンク１７に設けられているガス供
給管２８ａから導入される。この導入された不活
性ガスがコンパクトクーラ２５を流通して電池が
冷却される。コンパクトクーラ２５通過後の不活
性ガスはガス排出管２８ｂから取り出される。

このように、この実施例の燃料電池は、ガスに
よる冷却を用いているので、冷却配管が不要であ
り、冷却器がリン酸蒸気に触れないため、使用材
料の範囲が拡大され、非常に安価になり、冷却器
の電気絶縁も不要であり、構造が非常に簡単にな
るなどの効果がある。

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。

また、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
る。

〔発明の効果〕

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。

【図面の簡単な説明】

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図は同じく積層状態を示す斜視図、第８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、７……冷却器、８…
…冷却管、１５ａ，１５ｂ……ガス供給管、１６
ａ，１６ｂ……ガス排出管、１７……収納タン
ク、１８……冷却水供給管、１９……冷却水排出
管、２０……電極基板、２１ａ，２１ｂ……仕切
壁、２２……燃料用マニホールド、２３……空気
用マニホールド、２４ａ，２４ｂ……シール板、
２５……コンパクトクーラ、２６ａ，２６ｂ……
仕切板、２７ａ，２７ｂ……空間、２８ａ……
（冷却用ガスの）ガス供給管、２８ｂ……（冷却
用ガスの）ガス排出管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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が収納タンク内に収納
   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
   ルドを備え、前記積層体の該マニホールドの設け
   られていない相対向する二側面に設けられた前記
   積層体の冷却器の冷却ガスの供給口および排出口
   が、前記収納タンク内に設けられた隔壁によつて
   二分された空間を介して前記収納タンクに設けら
   れた冷却ガスの供給管および排出管にそれぞれ連
   通していることを特徴とする燃料電池。