JPS63236264A - 燃料電池 - Google Patents
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- JPS63236264A JPS63236264A JP62065602A JP6560287A JPS63236264A JP S63236264 A JPS63236264 A JP S63236264A JP 62065602 A JP62065602 A JP 62065602A JP 6560287 A JP6560287 A JP 6560287A JP S63236264 A JPS63236264 A JP S63236264A
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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
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/244—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes with matrix-supported molten electrolyte
-
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—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。
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〕
本発明は燃料電池に関するものである。
従来の燃料電池は特開昭５８−１１２２６３号公報に記
載されているように、外部マニホールド構造でガスの流
れが直交流で、しかも隣接する単位電池で酸化剤ガスの
流れが逆方向に流れるようになっている。
載されているように、外部マニホールド構造でガスの流
れが直交流で、しかも隣接する単位電池で酸化剤ガスの
流れが逆方向に流れるようになっている。
燃料電池内では電気化学反応による発熱、電気。
イオン伝導に伴う発熱などがあり、電池を許容温度範囲
内で運転するためには、これらの発熱による温度上昇を
冷却により許容値内に保たなければならない、この冷却
には酸化剤ガスを発電に必要な流量よりも多く供給し、
酸化剤として使用すると同時に冷却ガスとしても使用さ
れている。このためこの酸化剤ガスの流量は電池を許容
温度以下に保つために必要なだけ供給しなければならな
いが、この流量が多くなることは酸化剤ガス供給の補機
動力が増え、発電効率の低下を招く問題がある。
内で運転するためには、これらの発熱による温度上昇を
冷却により許容値内に保たなければならない、この冷却
には酸化剤ガスを発電に必要な流量よりも多く供給し、
酸化剤として使用すると同時に冷却ガスとしても使用さ
れている。このためこの酸化剤ガスの流量は電池を許容
温度以下に保つために必要なだけ供給しなければならな
いが、この流量が多くなることは酸化剤ガス供給の補機
動力が増え、発電効率の低下を招く問題がある。
このため、従来の燃料電池では酸化剤ガスの入口、出口
間に発生する温度差、ガス濃度分布による電流密度分布
による発熱量の違いなどにより、電池面内に温度差、が
生じ、この温度差が大きくなると、電池を許容値内に保
つためにより多くの酸化剤ガスが必要とされる。そこで
この温度差を小さくするための隣接する２つの単位電池
に対する酸化剤ガスの流れが互に逆方向に流れるように
した。このようにすることにより酸化剤ガス温度分布に
よる電池面内の温度差が小さくでき、酸化剤ガス流量が
少なくて、酸化剤ガスの流れ方向に温度分布の一様な電
池が得られる。
間に発生する温度差、ガス濃度分布による電流密度分布
による発熱量の違いなどにより、電池面内に温度差、が
生じ、この温度差が大きくなると、電池を許容値内に保
つためにより多くの酸化剤ガスが必要とされる。そこで
この温度差を小さくするための隣接する２つの単位電池
に対する酸化剤ガスの流れが互に逆方向に流れるように
した。このようにすることにより酸化剤ガス温度分布に
よる電池面内の温度差が小さくでき、酸化剤ガス流量が
少なくて、酸化剤ガスの流れ方向に温度分布の一様な電
池が得られる。
しかし酸化剤ガスの流れ方向の温度分布は隣接する単位
電池の酸化剤ガスの流れが互に逆方向であるため、入口
、出口が交互になることで一様になるが、燃料、酸化剤
ガス濃度分布による電流密度に基づく発熱量分布は、酸
化剤ガスの流れに直交する燃料ガス濃度によりほぼ決ま
るので、上述のように酸化剤ガスの流れを逆方向にして
も、酸化剤ガスの流れに直交する方向の温度分布をも一
様にすることができない欠点がある。
電池の酸化剤ガスの流れが互に逆方向であるため、入口
、出口が交互になることで一様になるが、燃料、酸化剤
ガス濃度分布による電流密度に基づく発熱量分布は、酸
化剤ガスの流れに直交する燃料ガス濃度によりほぼ決ま
るので、上述のように酸化剤ガスの流れを逆方向にして
も、酸化剤ガスの流れに直交する方向の温度分布をも一
様にすることができない欠点がある。
上記従来技術は、積層電池各セルの温度分布−横比の点
について充分配慮がされておらず、電池内温度差の低減
に多量の酸化剤ガスが必要となるため、発電効率の低下
、温度差による性能、寿命。
について充分配慮がされておらず、電池内温度差の低減
に多量の酸化剤ガスが必要となるため、発電効率の低下
、温度差による性能、寿命。
信頼性低下などの問題点があった。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、電池的温
度分布が一様になることを可能とした燃料電池を提供す
ることを目的とするものである。
度分布が一様になることを可能とした燃料電池を提供す
ることを目的とするものである。
上記目的は、酸化剤ガスを隣接する単位電池で互に直交
して流れるようにすることにより、達成される。
して流れるようにすることにより、達成される。
燃料電池を構成する隣接する単位電池に供給する酸化剤
ガスの流れを互に直交するように流すことは、燃料ガス
の流れ方向が固定されているので酸化剤ガスと燃料ガス
との流れの組合せを直交流。
ガスの流れを互に直交するように流すことは、燃料ガス
の流れ方向が固定されているので酸化剤ガスと燃料ガス
との流れの組合せを直交流。
平行流、向流などにできる。このようにすることにより
、１’！ｉ！化剤ガスの入口、出口が隣接する単位電池
で異なること、また、電流密度分布による発熱分布も異
なるため、その両者の組合せにより酸化剤ガスの流れ方
向、およびそれに直交する方向の両方向について温度分
布を一様にすることができ、性能、寿命、信頼性を向上
することができる。
、１’！ｉ！化剤ガスの入口、出口が隣接する単位電池
で異なること、また、電流密度分布による発熱分布も異
なるため、その両者の組合せにより酸化剤ガスの流れ方
向、およびそれに直交する方向の両方向について温度分
布を一様にすることができ、性能、寿命、信頼性を向上
することができる。
以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
１図および第２図には本発明の一実施例が示されている
。第１図に示されているように積層電池１の下端には外
部から電池１へ、あるいは電池１．から外部へガスを給
排するためのヘッダー２があり、このヘッダー２には酸
化剤ガス３の給排気管４，５と燃料ガス６の給気管７、
排気管（図示せず）が取り付れられている。ヘッダー２
の上には電解質板８とセパレータ板９とがＮ極を挟んで
交互に積層され、単位電池が構成されている。
１図および第２図には本発明の一実施例が示されている
。第１図に示されているように積層電池１の下端には外
部から電池１へ、あるいは電池１．から外部へガスを給
排するためのヘッダー２があり、このヘッダー２には酸
化剤ガス３の給排気管４，５と燃料ガス６の給気管７、
排気管（図示せず）が取り付れられている。ヘッダー２
の上には電解質板８とセパレータ板９とがＮ極を挟んで
交互に積層され、単位電池が構成されている。
外部から供給された燃料、酸化剤ガス６．３はヘッダー
２内のプレナムへ流入し、そこから各ガスの内部供給用
マニホールド１０．１４へ流入し、単位電池へ分配され
る。各単位電池内で電気化学反応により発電した後、燃
料ガスと生成ガスとの混合ガス１２と残った酸化剤ガス
１３とは再度内部排出用マニホールド１４．１５へ流入
し、ヘッダー２内のプレナムに入った後、排気管により
電池外へ流出する。マニホールド１０，１１，１．４゜
１５から電池外へのガス洩れ、および燃料ガス６と酸化
剤ガス３との相互洩れ込みはセパレータ板９のシール面
１６と電解質板８とのウェットシールにより防止され、
このシール効果を確実なものにするため電池全体は面圧
２がら５ ｋｇ／ｄで締め付けられている。
２内のプレナムへ流入し、そこから各ガスの内部供給用
マニホールド１０．１４へ流入し、単位電池へ分配され
る。各単位電池内で電気化学反応により発電した後、燃
料ガスと生成ガスとの混合ガス１２と残った酸化剤ガス
１３とは再度内部排出用マニホールド１４．１５へ流入
し、ヘッダー２内のプレナムに入った後、排気管により
電池外へ流出する。マニホールド１０，１１，１．４゜
１５から電池外へのガス洩れ、および燃料ガス６と酸化
剤ガス３との相互洩れ込みはセパレータ板９のシール面
１６と電解質板８とのウェットシールにより防止され、
このシール効果を確実なものにするため電池全体は面圧
２がら５ ｋｇ／ｄで締め付けられている。
このように構成された燃料電池で本実施例では酸化剤ガ
ス３を隣接する単位電池で互に直交して流れるようにし
た。このようにすることにより電池内の温度分布を一様
にすることができるようになって、電池的温度分布が一
様になることを可能とした燃料電池を得ることができる
。
ス３を隣接する単位電池で互に直交して流れるようにし
た。このようにすることにより電池内の温度分布を一様
にすることができるようになって、電池的温度分布が一
様になることを可能とした燃料電池を得ることができる
。
すなわち単位電池に供給する酸化剤ガス３の流れを互に
直交する方向に流すようにすることにより、第２図に示
されているように燃料ガス６との流れの組合せを直交流
、向流などにすることができる。同図で燃料ガス６は内
部供給用マニホールド１０内を流れ乍ら同図に示される
各セパレータ板９の裏側に流れ込み、電気化学反応を行
った後、生成ガスと共に内部排出用マニホールド１４へ
流入し、燃料ガス６と生成ガスとの混合ガスとしてマニ
ホールド内を各セルからの合流を繰り返し乍ら流れてい
く。一方、酸化剤ガス３は３ケ所の内部供給用マニホー
ルド１１を流れ乍ら、各マニホールド１１から単位電池
への流入が１枚おき、あるいは２枚おきになっている。
直交する方向に流すようにすることにより、第２図に示
されているように燃料ガス６との流れの組合せを直交流
、向流などにすることができる。同図で燃料ガス６は内
部供給用マニホールド１０内を流れ乍ら同図に示される
各セパレータ板９の裏側に流れ込み、電気化学反応を行
った後、生成ガスと共に内部排出用マニホールド１４へ
流入し、燃料ガス６と生成ガスとの混合ガスとしてマニ
ホールド内を各セルからの合流を繰り返し乍ら流れてい
く。一方、酸化剤ガス３は３ケ所の内部供給用マニホー
ルド１１を流れ乍ら、各マニホールド１１から単位電池
への流入が１枚おき、あるいは２枚おきになっている。
同図では一番上のセパレータ板９への酸化剤ガス３の流
れ１７は燃料ガス６の流れとは逆方向、すなわち向流型
のフローパターンになっている。その下のセパレータ板
９では酸化剤ガス３は同セパレータ板９の左側から燃料
ガス６に直交した流れ１８となっており、所１ｔｔＨに
交流型のフローパターンになっている。更にその下のセ
パレータ板９では酸化剤ガス３の流れ１７は再び燃料ガ
ス６の流れに逆行する向流型のフローパターンになって
いる。同図で一番下のセパレータ板９では、酸化剤ガス
３の流れ１９は同セパレータ板９の右側から左側へ流れ
、フローパターンとしては直交流型になっているが、上
述のセパレータ板９の直交流とは酸化剤ガス３の流れる
方向が反対方向になっている。同図の積層電池ではこの
ようなフローパターンの異なったセパレータ板９の組合
せが繰り返され、一つの燃料電池が構成される。
れ１７は燃料ガス６の流れとは逆方向、すなわち向流型
のフローパターンになっている。その下のセパレータ板
９では酸化剤ガス３は同セパレータ板９の左側から燃料
ガス６に直交した流れ１８となっており、所１ｔｔＨに
交流型のフローパターンになっている。更にその下のセ
パレータ板９では酸化剤ガス３の流れ１７は再び燃料ガ
ス６の流れに逆行する向流型のフローパターンになって
いる。同図で一番下のセパレータ板９では、酸化剤ガス
３の流れ１９は同セパレータ板９の右側から左側へ流れ
、フローパターンとしては直交流型になっているが、上
述のセパレータ板９の直交流とは酸化剤ガス３の流れる
方向が反対方向になっている。同図の積層電池ではこの
ようなフローパターンの異なったセパレータ板９の組合
せが繰り返され、一つの燃料電池が構成される。
酸化剤ガス３を冷却ガスとして使用する場合には、酸化
剤ガス３と燃料ガス６との流量比は５から６になるが、
同図のように酸化剤ガス６の内部供給用マニホールド１
１は３ケ所、燃料ガス６についてはひとつであり、従っ
て両者の間にガス流量、すなわち流速に基づく差圧の発
生を防ぐことができる。ただ、溶融炭酸塩型燃料電池で
は燃料ガス６、通常水素８０％、炭酸ガス２０％に電気
化学反応による生成ガス、水および炭酸ガスが発電によ
り生じ、燃料ガス６のセパレータ出口ではガス流量が発
電量に比例して増えている。従って出口側の燃料ガス６
、実際には生成ガスとの混合ガス１２用の内部排出用マ
ニホールド１４の流路面積はその点を考慮し、入口側の
内部供給用マニホールド１０の流路面積よりも大きく設
計されることになる。
剤ガス３と燃料ガス６との流量比は５から６になるが、
同図のように酸化剤ガス６の内部供給用マニホールド１
１は３ケ所、燃料ガス６についてはひとつであり、従っ
て両者の間にガス流量、すなわち流速に基づく差圧の発
生を防ぐことができる。ただ、溶融炭酸塩型燃料電池で
は燃料ガス６、通常水素８０％、炭酸ガス２０％に電気
化学反応による生成ガス、水および炭酸ガスが発電によ
り生じ、燃料ガス６のセパレータ出口ではガス流量が発
電量に比例して増えている。従って出口側の燃料ガス６
、実際には生成ガスとの混合ガス１２用の内部排出用マ
ニホールド１４の流路面積はその点を考慮し、入口側の
内部供給用マニホールド１０の流路面積よりも大きく設
計されることになる。
第３図、第４図は向流型、直交流型フローパターンの電
池内温炭分布を示したものである。向流型の場合縦軸に
θ−Ｔ−Ｔｇ＋ ／ ＴｚＩ（θ：温度、Ｔ：電池温度
、Ｔｇ＋：酸化剤ガスの入口温度）をとり。
池内温炭分布を示したものである。向流型の場合縦軸に
θ−Ｔ−Ｔｇ＋ ／ ＴｚＩ（θ：温度、Ｔ：電池温度
、Ｔｇ＋：酸化剤ガスの入口温度）をとり。
横軸に燃料ガス入口からの無次元距離をとってこれら両
者の関係が示されている第３図に示されているように、
はぼ−次元的な温度分布となるが、電解質板温度は燃料
ガスの人口に近い部分に高温部が発生する。燃料ガスと
酸化剤ガスとが直交流の場合には第４図に示されている
ように、二次元的な温度分布となり、酸化剤ガスと燃料
ガスとの出口部となるコーナー、すなわち同図右下の部
分に高温部が発生する。従ってこのような温度分布を上
述の第２図に示す積層構造の各単位電池にあてはめれば
、夫々の単位電池を単独で、すなわち熱的な相互作用か
単位電池間に働かないと考えれば、夫々の単位電池内の
高温部は第５図に示しであるような位置に発生すること
になる。また、従来例の場合には同図に示しである上か
ら２番目および一番下の２枚の組合せとなる。
者の関係が示されている第３図に示されているように、
はぼ−次元的な温度分布となるが、電解質板温度は燃料
ガスの人口に近い部分に高温部が発生する。燃料ガスと
酸化剤ガスとが直交流の場合には第４図に示されている
ように、二次元的な温度分布となり、酸化剤ガスと燃料
ガスとの出口部となるコーナー、すなわち同図右下の部
分に高温部が発生する。従ってこのような温度分布を上
述の第２図に示す積層構造の各単位電池にあてはめれば
、夫々の単位電池を単独で、すなわち熱的な相互作用か
単位電池間に働かないと考えれば、夫々の単位電池内の
高温部は第５図に示しであるような位置に発生すること
になる。また、従来例の場合には同図に示しである上か
ら２番目および一番下の２枚の組合せとなる。
第６回は第５図に示されている各単位電池を積層した場
合に、高温部が積層電池全体でどのように位置している
かを従来例と比較検討したものである。同図（、）は本
実施例による積層電池内に発生する高温部の位置を示し
たものであり、同図から明らかなようにその高温部の位
置は電池内にほぼ一様に分布し、しかもその高温部は隣
接する単位電池の低温部と接している組合せになってお
り、それらの間の熱交換により１両者の温度差が小さい
、すなわち温度分布が一様になる。これに対し同図（ｂ
）に示す従来例の場合は同図から明らかなように積層電
池内に発生する高温部は２ケ所のコーナ一部だけであり
、燃料ガスの入口部には高温部が発生していない、従っ
て隣接する単位電池間の温度分布の相互干渉を考慮して
も、電池内に燃料ガス入口部ち出口部とに大きな温度差
が生じてしまう。
合に、高温部が積層電池全体でどのように位置している
かを従来例と比較検討したものである。同図（、）は本
実施例による積層電池内に発生する高温部の位置を示し
たものであり、同図から明らかなようにその高温部の位
置は電池内にほぼ一様に分布し、しかもその高温部は隣
接する単位電池の低温部と接している組合せになってお
り、それらの間の熱交換により１両者の温度差が小さい
、すなわち温度分布が一様になる。これに対し同図（ｂ
）に示す従来例の場合は同図から明らかなように積層電
池内に発生する高温部は２ケ所のコーナ一部だけであり
、燃料ガスの入口部には高温部が発生していない、従っ
て隣接する単位電池間の温度分布の相互干渉を考慮して
も、電池内に燃料ガス入口部ち出口部とに大きな温度差
が生じてしまう。
このように本実施例によれば積層電池を構成する隣接す
る単位電池に供給する酸化剤ガスの流れを互に直交する
方向に流したので、積層電池内に発生する高温部が電池
内に一様に分散するのみならず、その高温部が隣接する
電池の低温部と接するようになって、両者の熱交換によ
り電池内の温度分布が一様になり、電池最高温度、最大
温度差の低減により性能、寿命、信頼性の向上および酸
化剤ガス流量の減少による電池発電効率の向上を達成す
ることができる。
る単位電池に供給する酸化剤ガスの流れを互に直交する
方向に流したので、積層電池内に発生する高温部が電池
内に一様に分散するのみならず、その高温部が隣接する
電池の低温部と接するようになって、両者の熱交換によ
り電池内の温度分布が一様になり、電池最高温度、最大
温度差の低減により性能、寿命、信頼性の向上および酸
化剤ガス流量の減少による電池発電効率の向上を達成す
ることができる。
上述のように本発明は電池内温度分布が一様になって、
電池内温度分布が一様になることを可能とした燃料電池
を得ることができる。
電池内温度分布が一様になることを可能とした燃料電池
を得ることができる。
第１図は本発明の燃料電池の一実施例の電池積層状態を
示す斜視図、第２図は同じく一実施例のガスの流れを示
す斜視図、第３図は酸化剤ガスと燃料ガスとが向流した
場合の燃料ガス入口からの無次元距離と温度との関係を
示す特性図、第４図は酸化剤ガスと燃料ガスとが直交し
た場合の電池内の温度分布図、第５図は第２図のガス流
れによる電池内の高温部発生位置を示す説明図、第６図
（ａ）、（ｂ）・は積層電池内の温度分布を示すもので
（ａ）が本実施例の温度分布、（ｂ）が従来例の温度分
布を示す説明図である。 １・・・積層電池、３・・・酸化剤ガス、６・・・燃料
ガス、８・・・電解質板、９・・・セパレータ板、１０
．１１・・・内部供給用マニホールド、１４．１５・・
・内部排出第１ 口 第２ｒ 第３１２１ ＃４０ ｈ５ 口 第６回 手続補正書（自発） 昭和６２年１１Ｊ１１１？Ｊ
示す斜視図、第２図は同じく一実施例のガスの流れを示
す斜視図、第３図は酸化剤ガスと燃料ガスとが向流した
場合の燃料ガス入口からの無次元距離と温度との関係を
示す特性図、第４図は酸化剤ガスと燃料ガスとが直交し
た場合の電池内の温度分布図、第５図は第２図のガス流
れによる電池内の高温部発生位置を示す説明図、第６図
（ａ）、（ｂ）・は積層電池内の温度分布を示すもので
（ａ）が本実施例の温度分布、（ｂ）が従来例の温度分
布を示す説明図である。 １・・・積層電池、３・・・酸化剤ガス、６・・・燃料
ガス、８・・・電解質板、９・・・セパレータ板、１０
．１１・・・内部供給用マニホールド、１４．１５・・
・内部排出第１ 口 第２ｒ 第３１２１ ＃４０ ｈ５ 口 第６回 手続補正書（自発） 昭和６２年１１Ｊ１１１？Ｊ
Claims (1)
- １、単位電池が積層された積層電池を備え、前記単位電
池は正、負電極間に挿入された電解質板、前記単位電池
に供給する酸化剤ガス、燃料ガスを分離するセパレータ
板を有している燃料電池において、前記酸化剤ガスを隣
接する前記単位電池で互に直交して流れるようにしたこ
とを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62065602A JPH06101349B2 (ja) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62065602A JPH06101349B2 (ja) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63236264A true JPS63236264A (ja) | 1988-10-03 |
| JPH06101349B2 JPH06101349B2 (ja) | 1994-12-12 |
Family
ID=13291731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62065602A Expired - Fee Related JPH06101349B2 (ja) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06101349B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014068168A1 (en) | 2012-10-31 | 2014-05-08 | Elcogen Oy | Method and arrangement for feeding reactants into a fuel cell stack and an electrolyzer stack |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57136777A (en) * | 1981-02-16 | 1982-08-23 | Mitsubishi Electric Corp | Laminated fuel cell |
| JPS62103984A (ja) * | 1985-10-30 | 1987-05-14 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料電池 |
-
1987
- 1987-03-23 JP JP62065602A patent/JPH06101349B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57136777A (en) * | 1981-02-16 | 1982-08-23 | Mitsubishi Electric Corp | Laminated fuel cell |
| JPS62103984A (ja) * | 1985-10-30 | 1987-05-14 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料電池 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014068168A1 (en) | 2012-10-31 | 2014-05-08 | Elcogen Oy | Method and arrangement for feeding reactants into a fuel cell stack and an electrolyzer stack |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06101349B2 (ja) | 1994-12-12 |
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