JPS63105474A - 燃料電池 - Google Patents
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- JPS63105474A JPS63105474A JP61249820A JP24982086A JPS63105474A JP S63105474 A JPS63105474 A JP S63105474A JP 61249820 A JP61249820 A JP 61249820A JP 24982086 A JP24982086 A JP 24982086A JP S63105474 A JPS63105474 A JP S63105474A
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- 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
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-
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- 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
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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】
〔発明の属する技術分野〕
この発明は、単電池の積層体として成るセルスタックの
層内に反応ガス流路と分離して燃料ガス流路を直角方向
に形成し、該反応ガス流路へ外部より反応、ガスおよび
燃料ガスを供給して発電するようにした燃料電池に関す
る。
層内に反応ガス流路と分離して燃料ガス流路を直角方向
に形成し、該反応ガス流路へ外部より反応、ガスおよび
燃料ガスを供給して発電するようにした燃料電池に関す
る。
燃料電池のセルスタックに反応空気及び燃料を供給する
流路構成や、運転に伴って発生する生成熱の除熱方式は
種々の方法が考案されている。その目的の一つは、セル
スタックの積層方向と面方向において、運転温度やガス
濃度を均一にして発電効率を高めることである。燃料電
池は、高い発電効率を得るために、運転温度を電池構成
部材の許容範囲内で最高温度にコントロールすることが
必要であり、平均温度をこの最高温度に近づけるよう積
層方向及び面方向の温度分布が小さくなるようにするの
が望ましい。
流路構成や、運転に伴って発生する生成熱の除熱方式は
種々の方法が考案されている。その目的の一つは、セル
スタックの積層方向と面方向において、運転温度やガス
濃度を均一にして発電効率を高めることである。燃料電
池は、高い発電効率を得るために、運転温度を電池構成
部材の許容範囲内で最高温度にコントロールすることが
必要であり、平均温度をこの最高温度に近づけるよう積
層方向及び面方向の温度分布が小さくなるようにするの
が望ましい。
また、燃料電池は水素及び酸素の濃度によって出力電力
が変化する。発電によって燃料電池の内部で水素と酸素
は消費されるので、燃料の入口と出口あるいは空気の入
口と出口では、積層面内における出力差によって電流の
偏流などの問題が生じる。
が変化する。発電によって燃料電池の内部で水素と酸素
は消費されるので、燃料の入口と出口あるいは空気の入
口と出口では、積層面内における出力差によって電流の
偏流などの問題が生じる。
このガス濃度の問題に対処して、燃料と空気の流路をセ
ルスタックの積層面方向に対して向流方式やクロス方式
にして水素濃度の高い部分には、酸素濃度が低くなるよ
うに、互いにガス濃度の影響を相殺する方法があるが、
面方向でのガス濃度の影響の均等化には限度があって、
充分な成果が期待できない。
ルスタックの積層面方向に対して向流方式やクロス方式
にして水素濃度の高い部分には、酸素濃度が低くなるよ
うに、互いにガス濃度の影響を相殺する方法があるが、
面方向でのガス濃度の影響の均等化には限度があって、
充分な成果が期待できない。
一方温度の均一化に対しては、運転に伴って発生する燃
料電池の生成熱の除熱方式に９却式が゛あり、この冷却
方法で対処することになる。
料電池の生成熱の除熱方式に９却式が゛あり、この冷却
方法で対処することになる。
空冷式はセルスタックの層内に介装した冷却板。
あるいはセルスタックを構成する各単電池毎に反応ガス
通路と分離して冷却空気通路を形成し、該冷却空気通路
へ外部より冷却空気を供給するようにしたものである。
通路と分離して冷却空気通路を形成し、該冷却空気通路
へ外部より冷却空気を供給するようにしたものである。
この構成で冷却空気を通風すると、低温外気の導入され
る入口側に近い領域では温度が低く、出口側領域では電
池内の生成熱が加わって温度が高まる。このために出口
側領域を電池の許容最高温度に抑えると、平均温度はこ
の許容最高温度よりかなり低くなり高効率な運転が行な
えなくなる。そこで通常は、出口の冷却空気の一部を入
口側へ循環させ、入口−出口の温度差を少な（すると同
時に、セルスタックを通過する見かけの冷却空気量を多
くすることで均温化を計ることになるが、冷却空気量の
増加ｌこ伴って設備費、運転費の増加とこの空気量を流
す冷却空気通路の確保のため、セルスタック全体が大き
くなる問題が生じる。
る入口側に近い領域では温度が低く、出口側領域では電
池内の生成熱が加わって温度が高まる。このために出口
側領域を電池の許容最高温度に抑えると、平均温度はこ
の許容最高温度よりかなり低くなり高効率な運転が行な
えなくなる。そこで通常は、出口の冷却空気の一部を入
口側へ循環させ、入口−出口の温度差を少な（すると同
時に、セルスタックを通過する見かけの冷却空気量を多
くすることで均温化を計ることになるが、冷却空気量の
増加ｌこ伴って設備費、運転費の増加とこの空気量を流
す冷却空気通路の確保のため、セルスタック全体が大き
くなる問題が生じる。
ところで、反応ガスの一つである空気通路と冷却空気通
路を分離せずに、空気通路を使って冷却することが考え
られるが、前記した均温化により空気流量を増加させる
と燃料電池の電解液が空気中に飛散する問題が生じる。
路を分離せずに、空気通路を使って冷却することが考え
られるが、前記した均温化により空気流量を増加させる
と燃料電池の電解液が空気中に飛散する問題が生じる。
この電解液の飛散は燃料電池の寿命を短かくし、また飛
散した電解液が循環ブロアや配管中に付着しこれらを著
しく腐食させると言う問題が生じる。
散した電解液が循環ブロアや配管中に付着しこれらを著
しく腐食させると言う問題が生じる。
この発明は上記の点にかんがみなされたものであり、＠
変分布の均一化と電極反応に伴うガス濃度変化による出
力電圧の分布を最小にするようにした燃料電池、特にそ
のガス流路の構成を提供することを目的とする。
変分布の均一化と電極反応に伴うガス濃度変化による出
力電圧の分布を最小にするようにした燃料電池、特にそ
のガス流路の構成を提供することを目的とする。
上記目的を達成するためｌこ、この発明は片面に空気流
路、他の片面に燃料流路を設けたバイポーラプレートの
空気流路、燃料流路のそれぞれに、入口−出口に連なる
分配流路、および入口側と出口側の分配流路の間にまた
がって電極面方向に延在する複数条の分岐流路から成る
独立２系統のガス流路を構成し、かつ各系統の相互間で
分岐流路を平行かつ１条置きに交互配列するとともに、
各系統の分岐流路へ流す空気及び燃料を互いに逆方向か
ら通風するようにしたことｔこより、電池内部での温度
分布の均温化と酸素及び水素濃度差に起因する電流の偏
流を小さくするようにしたものである。
路、他の片面に燃料流路を設けたバイポーラプレートの
空気流路、燃料流路のそれぞれに、入口−出口に連なる
分配流路、および入口側と出口側の分配流路の間にまた
がって電極面方向に延在する複数条の分岐流路から成る
独立２系統のガス流路を構成し、かつ各系統の相互間で
分岐流路を平行かつ１条置きに交互配列するとともに、
各系統の分岐流路へ流す空気及び燃料を互いに逆方向か
ら通風するようにしたことｔこより、電池内部での温度
分布の均温化と酸素及び水素濃度差に起因する電流の偏
流を小さくするようにしたものである。
すなわち上記の構成によれば、冷却を兼ねた各系統別の
空気流路についてはその人口′側と出口側領域との間に
大きな温度差が生じるが、各系統の分岐流路を１条置き
に交互配列した上でさらに系統の相互間で互いに逆方向
から空気を通流させるようにしたので、電池内部の電極
直方向での温度分布は充分均温化される。したがって、
高温の出口空気を入口側へ循環させる処置を取る必要が
なく、最小壇の空気を通風させれば良いので電池反応に
用いる空気と冷却空気を兼用できる。
空気流路についてはその人口′側と出口側領域との間に
大きな温度差が生じるが、各系統の分岐流路を１条置き
に交互配列した上でさらに系統の相互間で互いに逆方向
から空気を通流させるようにしたので、電池内部の電極
直方向での温度分布は充分均温化される。したがって、
高温の出口空気を入口側へ循環させる処置を取る必要が
なく、最小壇の空気を通風させれば良いので電池反応に
用いる空気と冷却空気を兼用できる。
またこの構成によれば、空気及び燃料の入口。
出口では酸素及び水素の濃度差が生じるが、各流路が１
条置きに交互に逆方向から通流させているので、１！極
面全体から見れば大きな電流の偏流がなくなる。
条置きに交互に逆方向から通流させているので、１！極
面全体から見れば大きな電流の偏流がなくなる。
これら温度の均温化とガス濃度の影響の均一化によって
、電極反応も電極面全域で効率よく行われて高い出力特
性が得られるようになる。
、電極反応も電極面全域で効率よく行われて高い出力特
性が得られるようになる。
ｗｃ１図ないし第５図はこの発明の実施例を示すもので
あり、まず第１図により空冷式燃料電池の全体構造を示
す。図においてｌはセルスタック。
あり、まず第１図により空冷式燃料電池の全体構造を示
す。図においてｌはセルスタック。
２．３は空気給排用マンホールド、４．５は燃料給排用
マニホールドである。各マニホールド２〜５はセルスタ
ック１の周側ゴに装備される。ここで前記セルスタック
１は電極２０とこの電極２０に空気及び燃料を供給する
溝を設けたバイポーラプレート７の積層体として成り、
かつその構造は第３図に示すとおりである。ここで電極
２０は周知のように、電解質を保持したマトリックスと
該マトリックスを抹んでその両側に対向する燃料極と空
気極から構成されている。
マニホールドである。各マニホールド２〜５はセルスタ
ック１の周側ゴに装備される。ここで前記セルスタック
１は電極２０とこの電極２０に空気及び燃料を供給する
溝を設けたバイポーラプレート７の積層体として成り、
かつその構造は第３図に示すとおりである。ここで電極
２０は周知のように、電解質を保持したマトリックスと
該マトリックスを抹んでその両側に対向する燃料極と空
気極から構成されている。
バイポーラプレート７には、片側に平行なる空気流路１
０とその反対劉の面に空気流路１０と直行した形で平行
なる燃料流路１１が設けられている。空気流路１０は流
路の左右に設けた分配流路１６．１７に開口しているが
、その流路端は一条おきに下方へ流路の深さが深くなっ
ており（第３図参照）、分配流路１６．１７内に設置し
たガス仕切板６によって深くなっている空気流路ｌＯは
ガス仕切板６の下方へ開口する様になり、他の空気流路
１０はガス仕切板６の上方へ開口する様になっている。
０とその反対劉の面に空気流路１０と直行した形で平行
なる燃料流路１１が設けられている。空気流路１０は流
路の左右に設けた分配流路１６．１７に開口しているが
、その流路端は一条おきに下方へ流路の深さが深くなっ
ており（第３図参照）、分配流路１６．１７内に設置し
たガス仕切板６によって深くなっている空気流路ｌＯは
ガス仕切板６の下方へ開口する様になり、他の空気流路
１０はガス仕切板６の上方へ開口する様になっている。
なお、分配流路１７Ｍこは、第２図に示したガス仕切板
６を１８００回転して設置している。また、分配流路１
６のガス仕切板６の上方に開口している空気流路１０は
分配流路１７ではガス仕切板６の下方に開口し、分配流
路１６の下方に開口している空気流路１０は分配流路１
７では上方に開口している。この上方、下方に仕切る空
気流路１０は一条おきに交互配列されている。
６を１８００回転して設置している。また、分配流路１
６のガス仕切板６の上方に開口している空気流路１０は
分配流路１７ではガス仕切板６の下方に開口し、分配流
路１６の下方に開口している空気流路１０は分配流路１
７では上方に開口している。この上方、下方に仕切る空
気流路１０は一条おきに交互配列されている。
バイポーラプレートの燃料側には、燃料流路１１と分配
流路とガス仕切板で構成しており（図示してない）その
構造は空気側と同一である。
流路とガス仕切板で構成しており（図示してない）その
構造は空気側と同一である。
セルスタック１の周側面に装置された空気及び燃料給排
用マニホールド２〜５には、それぞれ中央部が縦方向に
仕切られており、前記したガス仕切板６の上方へ開口し
た流路は各マニホールドの入口側に配置され、ガス仕切
板６の下方へ開口した流路は各マニホールドの出口側に
配置されている。
用マニホールド２〜５には、それぞれ中央部が縦方向に
仕切られており、前記したガス仕切板６の上方へ開口し
た流路は各マニホールドの入口側に配置され、ガス仕切
板６の下方へ開口した流路は各マニホールドの出口側に
配置されている。
かかる構成によって空気の流路は、空気給排用マニホー
ルド２の入口側からバイポーラプレート７のガス分配流
路１７より空気流路１０を通って空気給排用マニホール
ド３の出口側へ連なる第１系統と、空気給排用マニホー
ルド３の入口側より同様な流路を通って空気給排用マニ
ホールド２の出口側へ連なる第２系統の独立２流路が形
成され、さらにバイポーラプレート７の面内ではそれぞ
れの系統の流路の入口、出口が１条おきに交互配列する
構造になる。一方、燃料の流路は、空気の流路と同様に
燃料給排用マニホールド４の入口側から燃料給排用マニ
ホールド５の出口側へ連なる第１系統と、燃料給排用マ
ニホールド５の入口側より燃料給排用マニホールド４の
出口側へ連なる第２系統の独立２流路が形成され、バイ
ポーラプレート７の面内ではそれぞれの系統の流路の入
口。
ルド２の入口側からバイポーラプレート７のガス分配流
路１７より空気流路１０を通って空気給排用マニホール
ド３の出口側へ連なる第１系統と、空気給排用マニホー
ルド３の入口側より同様な流路を通って空気給排用マニ
ホールド２の出口側へ連なる第２系統の独立２流路が形
成され、さらにバイポーラプレート７の面内ではそれぞ
れの系統の流路の入口、出口が１条おきに交互配列する
構造になる。一方、燃料の流路は、空気の流路と同様に
燃料給排用マニホールド４の入口側から燃料給排用マニ
ホールド５の出口側へ連なる第１系統と、燃料給排用マ
ニホールド５の入口側より燃料給排用マニホールド４の
出口側へ連なる第２系統の独立２流路が形成され、バイ
ポーラプレート７の面内ではそれぞれの系統の流路の入
口。
出口が１条おきに交互配列する構成になる。この空気と
燃料の流路を模式図として表わすと第４図の如くであり
、実線が第１系統の燃料流路、長い破線が第２系統の燃
料流路、短い破線が第１系統の空気流路９点線が第２系
統の空気流路を示している。
燃料の流路を模式図として表わすと第４図の如くであり
、実線が第１系統の燃料流路、長い破線が第２系統の燃
料流路、短い破線が第１系統の空気流路９点線が第２系
統の空気流路を示している。
ここで、燃料電池に空気と燃料を供給して発電を開始す
れば、電極の分極や内部抵抗による発熱でセルスタッタ
１の温度が高温に上昇するが、冷却を兼ねた空気の通風
により糸外へ除熱される。
れば、電極の分極や内部抵抗による発熱でセルスタッタ
１の温度が高温に上昇するが、冷却を兼ねた空気の通風
により糸外へ除熱される。
この場合第１．第２系統の空気流路の個々について見れ
ば、入口側が低く出口側が高い温度差が生じるが、第１
系統と第２系統の流通方向が逆向きでかつ１条おき番こ
交互に並んで配列しているため、バイポーラプレートと
電極の熱伝導によって均温化され、入口、出口の温度差
の影響が少なくなる。
ば、入口側が低く出口側が高い温度差が生じるが、第１
系統と第２系統の流通方向が逆向きでかつ１条おき番こ
交互に並んで配列しているため、バイポーラプレートと
電極の熱伝導によって均温化され、入口、出口の温度差
の影響が少なくなる。
また、空気および燃料中の酸素および水素濃度は入口側
で高く出口側で低くなるが、入口、出口が１条おきに交
互に並んで配列しているため、電極面全体ではその影響
は均一化される。この温度の均温化とガス濃度の影響の
均一化により電極の全面域での電池反応が均一になり電
流の偏流などの悪影響がなくなり高い発電効率が得られ
るようになる。なお、本実施例で示した構成を酸素と水
素ガス濃度の影響を均一化することを目的に、水冷式燃
料電池に実施適用できることは勿論である。
で高く出口側で低くなるが、入口、出口が１条おきに交
互に並んで配列しているため、電極面全体ではその影響
は均一化される。この温度の均温化とガス濃度の影響の
均一化により電極の全面域での電池反応が均一になり電
流の偏流などの悪影響がなくなり高い発電効率が得られ
るようになる。なお、本実施例で示した構成を酸素と水
素ガス濃度の影響を均一化することを目的に、水冷式燃
料電池に実施適用できることは勿論である。
以上述べたようにこの発明によれば、片面に空気流路、
他の片面に燃料流路を設けたバイポーラプレートの空気
流路、燃料流路のそれぞれに、入口、出口に連なる分配
流路、および入口側と出口側の分配流路の間にまたがっ
て電極面方向に延在する複数条の分岐流路から成る独立
２系統のガス流路を構成し、かつ各系統の相互間で分岐
流路を平行かつ一条置きｌこ交互配列するとともに各系
統の分岐流路へ流す空気及び燃料を互いに逆方向から通
風するようにしたことにより、電池内部での電極面方向
での温度分布をより一層均温化して電池内部での最高温
度と平均温度との差を少なくすることができる。また、
水素及び酸素のガス濃度の影響を分散して電池内の電流
の偏流を小さくすることができる。したがって、電極反
応が電極面全域で均−Ｉこ効率よく行われて高い出力特
性が得られるようになる。さらに、反応空気と冷却空気
を共用できるため、冷却用のブロアが不用になる。
他の片面に燃料流路を設けたバイポーラプレートの空気
流路、燃料流路のそれぞれに、入口、出口に連なる分配
流路、および入口側と出口側の分配流路の間にまたがっ
て電極面方向に延在する複数条の分岐流路から成る独立
２系統のガス流路を構成し、かつ各系統の相互間で分岐
流路を平行かつ一条置きｌこ交互配列するとともに各系
統の分岐流路へ流す空気及び燃料を互いに逆方向から通
風するようにしたことにより、電池内部での電極面方向
での温度分布をより一層均温化して電池内部での最高温
度と平均温度との差を少なくすることができる。また、
水素及び酸素のガス濃度の影響を分散して電池内の電流
の偏流を小さくすることができる。したがって、電極反
応が電極面全域で均−Ｉこ効率よく行われて高い出力特
性が得られるようになる。さらに、反応空気と冷却空気
を共用できるため、冷却用のブロアが不用になる。
また、冷却用の流路を特別に設けなくても良いので、電
池の全体の大きさが小さくなると言う利点が生じる。
池の全体の大きさが小さくなると言う利点が生じる。
第１図はこの発明の実施例による空冷式燃料電池のセル
スタックとこれに対応する空気および燃料給排用マニホ
ールドとの配置構成を示した分解斜視図、第２図は第１
図のセルスタックを構成するバイポーラプレートの空気
流路を示す斜視１図・第３図は第１系統の空気流路に沿
って断面したセルスタックの縦断面図、第４図は空気と
燃料の流路を平面展開した模式図である。 １；セルスタック、２，３：空気給排用マニホールド、
４，５；燃料給排用マニホールド、６；ガス仕切板、７
；バイポーラプレート、８；空気送気ブロア、９；燃料
供給装置、１０；空気流路、１１；燃料流路、１２．１
３：空気入口、１４゜１５：空気出口、１６．１７；分
配流路、２０：電極。 系１４
スタックとこれに対応する空気および燃料給排用マニホ
ールドとの配置構成を示した分解斜視図、第２図は第１
図のセルスタックを構成するバイポーラプレートの空気
流路を示す斜視１図・第３図は第１系統の空気流路に沿
って断面したセルスタックの縦断面図、第４図は空気と
燃料の流路を平面展開した模式図である。 １；セルスタック、２，３：空気給排用マニホールド、
４，５；燃料給排用マニホールド、６；ガス仕切板、７
；バイポーラプレート、８；空気送気ブロア、９；燃料
供給装置、１０；空気流路、１１；燃料流路、１２．１
３：空気入口、１４゜１５：空気出口、１６．１７；分
配流路、２０：電極。 系１４
Claims (1)
- １）単電池の積層体として成るセルスタックの層内に反
応ガス流路と分離して燃料ガス流路を直角方向に形成し
、該反応ガス流路へ外部より反応ガスおよび燃料ガスを
供給して電池の生成熱を除熱するようにした空冷式燃料
電池において、前記のガス流路として各層毎にそれぞれ
ガス入口、出口に連なる分配流路、および入口側と出口
側の分配流路の間にまたがつて電極面方向に延在する複
数条の分岐流路から成る独立２系統のガス流路を構成し
、かつ各系統の相互間で分岐流路を平行、かつ１条置き
に交互配列するとともに、各系統の分岐流路へ流すガス
を互いに逆方向から通風す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 |
|---|---|---|---|
| JP61249820A JPS63105474A (ja) | 1986-10-21 | 1986-10-21 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61249820A JPS63105474A (ja) | 1986-10-21 | 1986-10-21 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63105474A true JPS63105474A (ja) | 1988-05-10 |
Family
ID=17198673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61249820A Pending JPS63105474A (ja) | 1986-10-21 | 1986-10-21 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63105474A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5364636A (en) * | 1989-10-02 | 1994-11-15 | Hanabusa Patent Office | Inhibitor of absorption of digestion product of food and drink |
| WO1998047197A1 (en) * | 1997-04-15 | 1998-10-22 | Plug Power, L.L.C. | Fuel cell fluid flow plate with insertable fluid flow passage bridgepiece |
| DE10236997B4 (de) * | 2002-08-13 | 2006-09-14 | Daimlerchrysler Ag | Elektrochemischer Zellenstapel |
-
1986
- 1986-10-21 JP JP61249820A patent/JPS63105474A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5364636A (en) * | 1989-10-02 | 1994-11-15 | Hanabusa Patent Office | Inhibitor of absorption of digestion product of food and drink |
| WO1998047197A1 (en) * | 1997-04-15 | 1998-10-22 | Plug Power, L.L.C. | Fuel cell fluid flow plate with insertable fluid flow passage bridgepiece |
| US6017648A (en) * | 1997-04-15 | 2000-01-25 | Plug Power, L.L.C. | Insertable fluid flow passage bridgepiece and method |
| DE10236997B4 (de) * | 2002-08-13 | 2006-09-14 | Daimlerchrysler Ag | Elektrochemischer Zellenstapel |
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