JPS6276260A - 燃料電池用セパレ−タ - Google Patents

燃料電池用セパレ−タ

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JPS6276260A
JPS6276260A JP60217535A JP21753585A JPS6276260A JP S6276260 A JPS6276260 A JP S6276260A JP 60217535 A JP60217535 A JP 60217535A JP 21753585 A JP21753585 A JP 21753585A JP S6276260 A JPS6276260 A JP S6276260A
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discharge
supply
path
fuel gas
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JP60217535A
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Minoru Hotta
実 堀田
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IHI Corp
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IHI Corp
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Publication date
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    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネル
ギーに変換させるエネルギ一部門で用いる燃料電池にお
いてカソード側とアノード側とを仕切るために用いるセ
パレータに関するものである。
[従来の技術] 現在までに提案されている溶融炭l!i塩型の燃料電池
としては、たとえば、第6図に示す如く、タイル(電解
質板)aをカソードbとアノードCの両電極で両面から
挾んでなる単セルのカソードb側に作動流体としてCO
2を含んだ空気(酸化ガス)dを供給すると共に、アノ
ードC側に作動流体としてH2等の燃料(燃料ガス)e
を供給することによりカソードbと7ノードCとの間で
発生する電位差により発電が行われるようにしたユニッ
トを、セパレータ「を介して多層に積層させ、適当な締
付力で固定さけるようにした構成のものがある。
上記燃料電池に用いられているセパレータfとしては、
第7図に一例を示す如く、周辺部の一側に酸化ガスdの
供給流路h、燃料ガスeの供給流路1を開口させると共
に、周辺部の他側に酸化ガス排出流路j、燃料ガス排出
流路kを形成し、かかる周辺部を除く内部に凹凸Ωを形
成させて単セルを挾んで流れる酸化ガスdと燃料ガスe
が各層とも同じ方向としたものが通常であり、酸化ガス
d及び燃料ガスeをセパレータ両面に沿い流すようにす
るため、アノード側流路スペーサ!及びカソード側流路
スペーサmがセパレータfの周辺部両面に重ね合わされ
て使用されるようにしである。
[発明が解決しようとする問題点] ところが、上記従来の方式では、酸化ガスd及び燃料ガ
スeは単セルを挾んで並行流となると共に、各層でも同
一の方向への並行流となるようにしであるため、セパレ
ータfを介して酸化ガスと燃料ガスとの熱交換によって
両ガスの温度差はなく、流れ方向に進むに従ってタイル
aからの発熱によってタイルa、酸化ガスd、燃料ガス
e及びセパレータfの各温度は一様に増加する。又、酸
化ガスdと燃料ガスeの組成比をタイル全面で均一化す
ることが困H′C−高い電池性能が得られない。
そこで、本発明は、かかる問題を解決するため、1枚の
セパレータの表裏両面で異なるガスが並行流となるよう
にし且つ表面を流れる同じガス同士は一部で対向流とな
り、天面を流れる同じガス同士も一部で対向流となるよ
うなセパレータを提供しようとするものである。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、周辺部の一側に酸化ガスの供給流路と排出流
路を交互に所定間隔で配置すると共に、周辺部の他側に
燃料ガスの供給流路と排出流路を交互に所定間隔で配置
し、且つ電極と当接する中央部分の表裏両面にガス通路
を設け、表面又は裏面のいずれかの片面のガス通路を、
酸化ガス供給流路に連通ずる供給側と酸化ガス排出流路
に連通ずる排出側とに隔壁で仕切り、又、反対面のガス
通路を、燃料ガス供給流路に連通ずる供給側と燃料ガス
排出流路に連通ずる排出側とに隔壁で仕切り、上記片面
のガス通路の酸化ガス供給側と反対面のガス通路の燃料
ガス排出側、片面のガス通路の酸化ガス排出側と反対面
のガス通路の燃料ガス供給側がともに背中合わせとなる
ようにした構成のセパレータとする。
[作   用〕 酸化ガスと燃料ガスは、表面と裏面に別々に導かれ、と
もに供給流路からガス通路を反対側まで流れたところで
180度方向を変えて隔壁に沿い流れた後、排出流路に
導かれるが、酸化ガスと燃料ガスは並行流となる。酸化
ガス同士は隔壁を挾んだ供給側と排出側で対向流となり
、燃料ガス同士も隔壁を挾んだ供給側と排出側が対向流
となる。
[実 施 例] 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図及び第2図は本発明のセパレータの一例を示すも
ので、第1図は表面を、第2図は裏面を示している。
タイルの両面を挾むカソードとアノードの各電極に重な
るセパレータ本体1の中央部の表面と裏面には、たとえ
ば、機械加工、又はプレス加工等で多数の凹凸2を設け
てガスの通路を形成する。この凹凸2の部分の各凸部2
aは第3図に拡大して示す如く、不連続で且つガスの供
給側から排出側に向けて千鳥足状となるようにし、凹部
2bで形成される溝がガスの供給側から排出側に向けて
屈曲しているようにする。周辺部の一側には、酸化ガス
供給流路3と酸化ガス排出流路5とを一定の間隔で交互
に設けると共に、周辺部の他側には、燃料ガス供給流路
4と燃料ガス排出流路6とを一定間隔で交互に設け、酸
化ガス供給流路3と燃料ガス排出流路6、及び酸化ガス
排出流路5と燃料ガス供給流路4が夫々相対向している
ようにする。
又、表面においては、酸化ガス供給流路3及び酸化ガス
排出流路5をガス通路に向けて末広がり状となる扇形の
切欠7を設け、第3図に示す如く該切欠7に斜め方向に
延びる多数の凹凸8を設けて前記凹凸8部における凹部
を1M8aとして酸化ガスが流れるようにし、酸化ガス
OGが供給流!B3から中央部のガス通路へ、又、中央
部のガス通路からυ1出流路5へ溝8a1.:規制され
て均一に流れるようにすると共に、燃料ガス供給流路4
及び燃料ガス排出流路6を設けた側にも該燃料ガス供給
流路4及び燃料ガス排出流路6を避けた位置にガス通路
に向けて末広がり状となる扇形の切欠9を設け、第4図
に示す如く該切欠9にも斜め方向に延びる多数の凹凸1
0と円弧状に屈曲した凹凸11を設けて溝10a、11
aを形成し、酸化ガスOGが上記溝10a、11aで方
向転換できるようにする。更に、上記扇形の切欠1間、
及び上記扇形の切欠9間には、それぞれガスの流れ方向
に延びる隔壁12を各々周辺部から延長させて形成し、
供給流路3から流出した酸化ガス○Gがガス通路を一旦
端まで流れた後、Uターンして矢印の如く排出流路5へ
と導かれるようにする。
裏面においては、第2図に示す如く、燃料ガス[Gが供
給流路4から流出されるとガス通路の端まで流れた後、
Uターンしてuト出流路6へ導かれるように、1)0記
表面に形成したと同様に扇形の切欠13及び15を形成
して各々凹凸14.16による満を表面の切欠7.9に
お(プると同様に形成すると共に隔壁17を交互に相対
する周辺部の一側と他側から延長させて設置)る。
18は電圧端子である。
本発明のレバレータは、第5図に示す如くタイル19を
カソード20とアノード21とで1火んでなる燃Fl電
池ユニットを積層に積み重ねるとき仕切板として各ユニ
ット間に介在させ、タイル19の周辺部には、本発明の
セパレータ■の周辺部の一側に設けた酸化ガス供給流路
3及び排出流路5と、周辺部の他側に設()だ燃料ガス
供給流路4及び排出流路6に対応するように各流路が設
けてあり、積層時、各々の流路が一連となるようにしで
ある。22及び23は、本発明のセパレータ■によりカ
ソード20及びアノード21をタイル19に強く押し付
けるのを避けるため、本発明のセパレータエとタイル1
9の周辺部間に介在させたディスクンスビースである。
今、酸化ガスOGが供給流路を流されて各層のセパレー
タ■の位置に来ると、第1図に示す如く供給流路3から
扇形の切欠7を通って中央部分のガス通路に導かれる。
ガス通路は隔壁12にて供給側と排出側に仕切られてい
るので、供給された酸化ガス○Gは第1図に実線で示し
且つ第2図に破線で示す如くガス通路の供給側を反対側
へ流れた後、扇形の切欠9を通って隔壁12で仕切られ
た隣りのガス通路の排出側にUターンして導かれ、酸化
ガス排出流路5に導かれることになる。
一方、燃料ガスFGは、アノード21側のガス通路であ
る裏面に流されるが、燃料ガス供給流路4から扇形の切
欠13を通って第1図に破線で示し且つ第2に図に実線
で示す如くガス通路に導かれた後、反対側の扇形の切欠
15で方向転換して隔壁で仕切られた隣りのガス通路を
排出流路6へと流される。
したがって、表面の)Jス通路を流れる酸化ガスOGと
裏面のガス通路を流れる燃料ガスFGとは、第1図及び
第2図に示J如く並行流となり、又、酸化ガス自体は、
供給された後、Uターンして排出側を導かれるときは隔
壁12を挾んで供給側と排出側が対向流となる。燃料ガ
ス自体も隔壁17を挾んだ供給側と排出側とで対向流と
なる。これにより酸化ガスOGの供給側と燃料ガスFG
の排出側、及び酸化ガスOGの排出側と燃料ガスFGの
供給側はともに背中合わせで並行流となることから、タ
イル19の全面をDA適な温度に均一化させることがで
き、又、酸化ガスの供給側と排出側とは隔壁12を挾ん
で反対方向に流れる対向流となり、燃料ガスの供給側と
排出側とは隔壁17を挾んで反対方向に流れる対向流と
なることから、タイル19の温度が酸化ガスと燃料ガス
の平均謁麿に近くなってほぼ平Inな温度分布が1qら
れ、酸化ガスと燃料ガスの組成比をタイル19の全平面
で均一化させることができる、という並行流と対向流の
特長が同時に(qられる。
本発明のけパレータにおいては、ガス通路を隔壁12.
17で仕切って供給側のガス通路と排出側のガス通路を
IIII艮いものとしているため、ガスの流速を増大す
ることができ、又、周辺部の一側には酸化ガスの供給と
11出の流路だけとし、燃料ガスの供給と排出の流路は
周辺部の他側に設けているため、酸化ガスと燃料ガスと
が混合する度合を極減することができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
たとえば、扇形の切欠7,9,13.15に各々凹凸を
設けて斜め方向の溝を形成しているが、各切欠7.9,
13.15には凹凸を一切設けない84 mとしてなく
てもよい。
[発明の効果] 以上述べた如く本発明のセパレータによれば、タイル全
面を均一な温度分布にすることができると共に酸化ガス
と燃料ガスの組成比をタイルの全平面で均一化させる口
とができて電池性能の向上を図ることができ、又、セパ
レータの片面では酸化ガスが、反対面では燃料ガスが隔
壁で仕切られたカス通路を循環するので、燃料利用率の
向上、ノ5ス流速の増大に伴う冷却能力の増大が図れ、
更にウェットシール幅の増大が図れる、等の優れた効果
を発揮し、又、ガスの供給流路と抽出流路、及びガス流
の方向転換部に設けた扇形の切欠に多数の溝を形成し、
且つガス通路にも屈曲した溝を形成しておくことにより
ガスの拡散が行えてガスの流配を均一にてき且つ1個所
の溝が詰っても支障を来たすことがないという効果もあ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のセパレータの表面を示す一例図、第2
図は本発明のセパレータの裏面を示す一例図、第3図は
第1図の■部の拡大図、第4図は第1図のIv部の拡大
図、第5図は本発明のセパレータを用いて組み立てた積
層燃料電池の概要を示す切断側面図、第6図は従来の燃
料電池の断面図、第7図は最近考えられているセパレー
タの両面にスペーサを重ね合わせてなる内部マニホール
ド型セパレータを分離した状態を示す斜視図である。 1はセパレータ本体、3は酸化ガス供給流路、4は燃料
ガス供給流路、5は酸化ガス排出流路、6は燃料ガス排
出流路、7.9は扇形の切欠、12は隔壁、13.15
は扇形の切欠、11は隔壁、19はタイル、20はカソ
ード、21はアノードを示す。 特  許  出  願  人 石川島播1閉重工業株式会社 第1図 第6図 9ワ八 第7図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)周辺部の一側に酸化ガスの供給流路と排出流路を交
    互に所定間隔で配置すると共に、周辺部の他側に燃料ガ
    スの供給流路と排出流路とを交互に所定間隔で配置し、
    且つ電極と当接する中央部分の表裏両面にガス通路を設
    け、表裏片面のガス通路を、酸化ガス供給流路に連通す
    る供給側と酸化ガス排出流路に連通する排出側に隔壁に
    て仕切り、又、反対面のガス通路を、燃料ガス供給流路
    に連通する供給側と燃料ガス排出流路に連通する排出側
    に隔壁にて仕切り、上記各ガス通路の供給側と排出側を
    連続させたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
JP60217535A 1985-09-30 1985-09-30 燃料電池用セパレ−タ Pending JPS6276260A (ja)

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