JPS6280966A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
- Publication number
- JPS6280966A JPS6280966A JP60219659A JP21965985A JPS6280966A JP S6280966 A JPS6280966 A JP S6280966A JP 60219659 A JP60219659 A JP 60219659A JP 21965985 A JP21965985 A JP 21965985A JP S6280966 A JPS6280966 A JP S6280966A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- fuel
- oxidizing gas
- oxidizing
- flow
- Prior art date
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- Pending
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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
-
- 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
- H01M8/2483—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
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
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】
［産業上の利用分野］
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関
するもので、リン酸型燃料電池、溶融炭ｒＭ塩型燃利電
池、固体電解質を用いた燃料電池、その他酸化ガスと燃
料ガスによって発電を行う燃料電池のすべての型式に適
用できるものである。
ギーに変換させるエネルギ一部門で用いる燃料電池に関
するもので、リン酸型燃料電池、溶融炭ｒＭ塩型燃利電
池、固体電解質を用いた燃料電池、その他酸化ガスと燃
料ガスによって発電を行う燃料電池のすべての型式に適
用できるものである。
［従来の技術］
燃料電池は、電解質板を酸素極と燃料極とにより両面か
ら挾み、各電極に酸化ガスと燃料ガスを供給することに
より酸素極と燃料極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
複数層に積層させた構成としである。
ら挾み、各電極に酸化ガスと燃料ガスを供給することに
より酸素極と燃料極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
複数層に積層させた構成としである。
従来、かかる燃料電池において、電解質板を挾んで酸素
極側に供給する酸化ガスと燃料極側に供給する燃料ガス
の流れ形式によって、直交流型、対向流型、並行流型の
燃料電池に分けられていた。
極側に供給する酸化ガスと燃料極側に供給する燃料ガス
の流れ形式によって、直交流型、対向流型、並行流型の
燃料電池に分けられていた。
直交流型燃料電池は、第２図に示す如く、電解質板１を
上下両面から酸素極２と燃料極３とにより挾んでなるユ
ニットを、セパレータ４を介して積層させた構成におい
て、各層の酸素極２側に供給する酸化ガスＯＧが各層で
すべて同、一方向となるよう各セパレータ４の下面のガ
ス通路５を形成させると共に、該ガス通路５の一端側と
なる周辺部の一側に図示しない酸化ガス供給流路孔のみ
を、又他側に図示しない酸化ガス排出流路孔のみをそれ
ぞれ設け、又、各層の燃料極３側に供給する燃料ガス「
Ｇが、各層ですべて同一方向で且つ上記各層の酸化ガス
ＯＧの流れ方向と直交する方向へ流れるように、各セパ
レータ４の上面のガス通路６を形成させると共に、該ガ
ス通路６の一端側となる周辺部の一側に図示しない燃料
ガス供給流路孔のみを、又他側に図示しない燃料ガス排
出流路孔のみをそれぞれ設けた構成としてあり、常に酸
化ガスと燃料ガスが直交して流れるようにしである。
上下両面から酸素極２と燃料極３とにより挾んでなるユ
ニットを、セパレータ４を介して積層させた構成におい
て、各層の酸素極２側に供給する酸化ガスＯＧが各層で
すべて同、一方向となるよう各セパレータ４の下面のガ
ス通路５を形成させると共に、該ガス通路５の一端側と
なる周辺部の一側に図示しない酸化ガス供給流路孔のみ
を、又他側に図示しない酸化ガス排出流路孔のみをそれ
ぞれ設け、又、各層の燃料極３側に供給する燃料ガス「
Ｇが、各層ですべて同一方向で且つ上記各層の酸化ガス
ＯＧの流れ方向と直交する方向へ流れるように、各セパ
レータ４の上面のガス通路６を形成させると共に、該ガ
ス通路６の一端側となる周辺部の一側に図示しない燃料
ガス供給流路孔のみを、又他側に図示しない燃料ガス排
出流路孔のみをそれぞれ設けた構成としてあり、常に酸
化ガスと燃料ガスが直交して流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、直交流型燃料電池の場合は、電解質板１の平
面内に、例えば第３図（Ａ）に示す如く、燃料ガスＦＧ
の入口で酸化ガスＯＧの出口付近（第３図のＢ部）で大
きな温度勾配があり、これに伴なって第３図（Ｂ）に示
す如く、電流密度も酸化ガス出口部で最大値をもつ大き
な勾配をもつ分布となる。これにより直交流型では、酸
化ガスと燃料ガスの組成比を電解質板の全平面で均一に
できず、これに伴ない電解質板の温度分布の均一化がで
きず、発電密度の均一化ができない。
面内に、例えば第３図（Ａ）に示す如く、燃料ガスＦＧ
の入口で酸化ガスＯＧの出口付近（第３図のＢ部）で大
きな温度勾配があり、これに伴なって第３図（Ｂ）に示
す如く、電流密度も酸化ガス出口部で最大値をもつ大き
な勾配をもつ分布となる。これにより直交流型では、酸
化ガスと燃料ガスの組成比を電解質板の全平面で均一に
できず、これに伴ない電解質板の温度分布の均一化がで
きず、発電密度の均一化ができない。
しかも各層で酸化ガス同士と燃料ガス同士はともに同一
方向へのみ流れる平行流となるように構成されるので、
上記温度分布、電流密度分布がそのまま重普されて、ま
すますはげしくなり、平面内温度分布により電解質、電
極、セパレータへ大きな熱応力を生じさせ、燃料電池と
しての性能、寿命、信頼性、等に欠ける問題がある。
方向へのみ流れる平行流となるように構成されるので、
上記温度分布、電流密度分布がそのまま重普されて、ま
すますはげしくなり、平面内温度分布により電解質、電
極、セパレータへ大きな熱応力を生じさせ、燃料電池と
しての性能、寿命、信頼性、等に欠ける問題がある。
そこで、本発明は、燃料電池性能を決める因子として、
電解質板の温度と、該電解質板を挾んで流れる燃料ガス
、酸化ガスの組成比があることに着目して、酸化ガスと
燃料ガスの流れ形式を変えることにより従来の直交流型
燃料電池で現われていた温度勾配、電流密度勾配を分散
させてその勾配、最大値を緩和させようとするものでお
る。
電解質板の温度と、該電解質板を挾んで流れる燃料ガス
、酸化ガスの組成比があることに着目して、酸化ガスと
燃料ガスの流れ形式を変えることにより従来の直交流型
燃料電池で現われていた温度勾配、電流密度勾配を分散
させてその勾配、最大値を緩和させようとするものでお
る。
［問題点を解決するための手段］
本発明は、電解質板の両面を酸素極と燃料極で挾むよう
に構成された単セルの酸素極側に酸化ガスを、又、燃料
極側に燃料ガスを流すようにしたユニットを、セパレー
タを介して積層させた燃料電池において、上記単セルを
挾んで流れる酸化ガスと燃料ガスとは直交流となり、且
つセパレータを挾んで流れる酸化ガスと燃料ガスとは直
交流となり、更に上記単セル及びセパレータを挾んで流
れる酸化ガス同士及び燃料ガス同士は対向流となるよう
にした構成とする。
に構成された単セルの酸素極側に酸化ガスを、又、燃料
極側に燃料ガスを流すようにしたユニットを、セパレー
タを介して積層させた燃料電池において、上記単セルを
挾んで流れる酸化ガスと燃料ガスとは直交流となり、且
つセパレータを挾んで流れる酸化ガスと燃料ガスとは直
交流となり、更に上記単セル及びセパレータを挾んで流
れる酸化ガス同士及び燃料ガス同士は対向流となるよう
にした構成とする。
［作 用］
単セルを挾んで流れる酸化ガスと燃料ガスは直交流であ
り、又、セパレータを介して積層された隣接せる単セル
を挾んで流れる酸化ガス同士と燃料ガス同士は、対向流
となるように各段毎に交互に配置されているため、成る
段の電解質板に生じるホットスポット部は、隣接する段
の電解質板に生じるホットスポット部とは別の位置とな
り、両者間で熱移動が行われて緩和され、電解質板の温
度分布が平坦化し、同時に電流密度分布が平均化される
。
り、又、セパレータを介して積層された隣接せる単セル
を挾んで流れる酸化ガス同士と燃料ガス同士は、対向流
となるように各段毎に交互に配置されているため、成る
段の電解質板に生じるホットスポット部は、隣接する段
の電解質板に生じるホットスポット部とは別の位置とな
り、両者間で熱移動が行われて緩和され、電解質板の温
度分布が平坦化し、同時に電流密度分布が平均化される
。
［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図は本発明の実施例を示すもので、電解質板１の両
面を酸素極２と燃料極３で挾むように構成された単セル
の酸素極２側に酸化ガスを、又、燃料極３側に燃料ガス
を流すようにしである燃料電池ユニットを、セパレータ
４を介して各層に積層してて積層燃料電池を組み立てる
場合に、上記単セルを挾んで流れる酸化ガスＯＧと燃料
ガスＦＧが直交流となるよう、第２図と同様にセパレー
タ４の上面に形成するガス通路６と下面に形成するガス
通路５が直交となるようにして順次積層させ、且つ図示
しないが電解質板１、セパレータ４の周辺部の対向する
側に酸化ガスの供給流路孔と排出流路孔をそれぞれ別個
に設けると共に、これより９０度ずれた側の相対向する
周辺部には燃料ガスの供給流路孔と排出流路孔をそれぞ
れ別個に設け、各段で電解質板１を挾んで流れる酸化ガ
ス０Ｇ−１と燃料ガスＦＧ−１及び酸化ガス０Ｇ−２と
燃料ガス「Ｇ−２がそれぞれ直交流となるようにし、同
時に各段の酸化ガス０Ｇ−１と０Ｇ−２及び燃料ガスＦ
Ｇ−１とＦＧ−２は対向流となるように各段毎で流れ方
向を変えるようにする。
面を酸素極２と燃料極３で挾むように構成された単セル
の酸素極２側に酸化ガスを、又、燃料極３側に燃料ガス
を流すようにしである燃料電池ユニットを、セパレータ
４を介して各層に積層してて積層燃料電池を組み立てる
場合に、上記単セルを挾んで流れる酸化ガスＯＧと燃料
ガスＦＧが直交流となるよう、第２図と同様にセパレー
タ４の上面に形成するガス通路６と下面に形成するガス
通路５が直交となるようにして順次積層させ、且つ図示
しないが電解質板１、セパレータ４の周辺部の対向する
側に酸化ガスの供給流路孔と排出流路孔をそれぞれ別個
に設けると共に、これより９０度ずれた側の相対向する
周辺部には燃料ガスの供給流路孔と排出流路孔をそれぞ
れ別個に設け、各段で電解質板１を挾んで流れる酸化ガ
ス０Ｇ−１と燃料ガスＦＧ−１及び酸化ガス０Ｇ−２と
燃料ガス「Ｇ−２がそれぞれ直交流となるようにし、同
時に各段の酸化ガス０Ｇ−１と０Ｇ−２及び燃料ガスＦ
Ｇ−１とＦＧ−２は対向流となるように各段毎で流れ方
向を変えるようにする。
１段のみでみると、電解質板１を挾んで流れる酸化ガス
と燃料ガスとは直交流であるため、第３図（Ａ）（Ｂ）
に示す如く大きな温度勾配と電流密度勾配により１個所
にホットスポットが生じるが、各段毎に酸化ガス０Ｇ−
１，０Ｇ−２同士及び燃料ガスＦＧ−１，ＦＧ−２同士
は互に反対方向へ流れる対向流となっているので、各段
毎に電解質板１に生じるホットスポットの位置が変わる
。これにより一方の電解質板１に表われていたホットス
ポット部の温度が互に隣接する他方の電解質板１へ伝え
られ、電解質板１同士の熱伝導作用及び隣接する他方の
セルのガスとの熱伝達作用によって電解質板１の温度分
布が平坦化され、電流密度分布が平均化されることにな
る。
と燃料ガスとは直交流であるため、第３図（Ａ）（Ｂ）
に示す如く大きな温度勾配と電流密度勾配により１個所
にホットスポットが生じるが、各段毎に酸化ガス０Ｇ−
１，０Ｇ−２同士及び燃料ガスＦＧ−１，ＦＧ−２同士
は互に反対方向へ流れる対向流となっているので、各段
毎に電解質板１に生じるホットスポットの位置が変わる
。これにより一方の電解質板１に表われていたホットス
ポット部の温度が互に隣接する他方の電解質板１へ伝え
られ、電解質板１同士の熱伝導作用及び隣接する他方の
セルのガスとの熱伝達作用によって電解質板１の温度分
布が平坦化され、電流密度分布が平均化されることにな
る。
本発明においては、酸化ガス０Ｇ−１，０Ｇ−２、燃料
ガスＦＧ−１，ＦＧ−２の入口温度を適当に選ぶことで
電解質板１の仝而がその最適作動温度に維持されるので
、全面での発電量が高い値に維持できる。
ガスＦＧ−１，ＦＧ−２の入口温度を適当に選ぶことで
電解質板１の仝而がその最適作動温度に維持されるので
、全面での発電量が高い値に維持できる。
［発明の効果］
以上述べた如く、本発明の燃料電池によれば、次の如き
優れた効果を奏し得る。
優れた効果を奏し得る。
（＋） 電解質板がその全面で最適温度に均一化され
、且つ燃料ガスと酸化ガスの組成比を均一に保つことが
できるので、電解質板の全面をその最高性能で利用でき
、高い電流密度が得られて燃料電池の高性能化が図れる
。
、且つ燃料ガスと酸化ガスの組成比を均一に保つことが
できるので、電解質板の全面をその最高性能で利用でき
、高い電流密度が得られて燃料電池の高性能化が図れる
。
（ｉｉ） 電解質板から生ずる反応熱の除去に対して
燃料ガスと酸化ガスの流量を反応に必要な最小流量に抑
えることができるので、動力を小さくでき高効率化が図
れる。
燃料ガスと酸化ガスの流量を反応に必要な最小流量に抑
えることができるので、動力を小さくでき高効率化が図
れる。
（至）電流密度が均一であるため、電解質板の損耗が局
部的に大きくならず、電池の長寿命化が図れる。
部的に大きくならず、電池の長寿命化が図れる。
００ 電池を構成する電解質板、電極、セパレータの
温度分布が小さいため熱応力が発生しにくいと共に、ホ
ットスポットが電解質板に分散されるため、電解質板の
破損等が起こりにくく、電池の性能の安定性、信頼性が
高い。
温度分布が小さいため熱応力が発生しにくいと共に、ホ
ットスポットが電解質板に分散されるため、電解質板の
破損等が起こりにくく、電池の性能の安定性、信頼性が
高い。
（ｖ） 燃料ガスと酸化ガスの利用率は、電解質板の
電流分布の適正化と電解質板の冷却性能の両者によって
決定されるが、本発明では、後者の冷却性能に関する制
約条件がほとんどなくなるので、電流密度分布に対して
のみ考慮すればよく、その選択の自由度が広くなる。
電流分布の適正化と電解質板の冷却性能の両者によって
決定されるが、本発明では、後者の冷却性能に関する制
約条件がほとんどなくなるので、電流密度分布に対して
のみ考慮すればよく、その選択の自由度が広くなる。
したがって、部分負荷運転時にその対応が極めて容易に
なる。
なる。
第１図は本発明の燃料電池の一実施例を示す斜視図、第
２図は従来の燃料電池の斜視図、第３図（Ａ）（Ｂ）は
従来の燃料電池における温度、電流密度の分布を示す図
である。 １は電解質板、２は酸素極、３は燃料極、４はセパレー
タ、５，６はガス通路、ＯＧ、 ０Ｇ−１，０Ｇ−２は
酸化ガス、ＦＧ、 ＦＧ−１、ＦＧ−２は燃料ガスを示
す。
２図は従来の燃料電池の斜視図、第３図（Ａ）（Ｂ）は
従来の燃料電池における温度、電流密度の分布を示す図
である。 １は電解質板、２は酸素極、３は燃料極、４はセパレー
タ、５，６はガス通路、ＯＧ、 ０Ｇ−１，０Ｇ−２は
酸化ガス、ＦＧ、 ＦＧ−１、ＦＧ−２は燃料ガスを示
す。
Claims (1)
- １）電解質板の両面を酸素極と燃料極で挾むように構成
された単セルの酸素極側に酸化ガスを、又、燃料極側に
燃料ガスを流すようにしたユニットを、セパレータを介
して積層させた燃料電池において、上記単セルを挾んで
流れる酸化ガスと燃料ガスとは直交流となり、且つセパ
レータを挾んで流れる酸化ガスと燃料ガスとは直交流と
なり、更に上記単セル及びセパレータを挾んで流れる酸
化ガス同士及び燃料ガス同士は対向流となるようにした
ことを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60219659A JPS6280966A (ja) | 1985-10-02 | 1985-10-02 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60219659A JPS6280966A (ja) | 1985-10-02 | 1985-10-02 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6280966A true JPS6280966A (ja) | 1987-04-14 |
Family
ID=16738961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60219659A Pending JPS6280966A (ja) | 1985-10-02 | 1985-10-02 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6280966A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006086127A (ja) * | 2004-09-17 | 2006-03-30 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料電池用スタックおよび燃料電池システム |
| JP2014505332A (ja) * | 2010-12-28 | 2014-02-27 | ポスコ | 燃料電池システムおよびスタック |
-
1985
- 1985-10-02 JP JP60219659A patent/JPS6280966A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006086127A (ja) * | 2004-09-17 | 2006-03-30 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料電池用スタックおよび燃料電池システム |
| JP2014505332A (ja) * | 2010-12-28 | 2014-02-27 | ポスコ | 燃料電池システムおよびスタック |
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