JPS63236265A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPS63236265A
JPS63236265A JP62065603A JP6560387A JPS63236265A JP S63236265 A JPS63236265 A JP S63236265A JP 62065603 A JP62065603 A JP 62065603A JP 6560387 A JP6560387 A JP 6560387A JP S63236265 A JPS63236265 A JP S63236265A
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成嘉 小林
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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〕 本発明は燃料電池に関するものである。
〔従来の技術〕
従来の燃料電池は特開昭60−180066号公報に記
載されているように、セパレータ板のリブはガスの流れ
方向に平行に設けられており、ガスの流れに直交する方
向には流動抵抗が一様になっていた。
しかし、直交流型のガスフローパターンでは燃料ガスと
酸化剤ガスとの流れの組合せにより電流密度、電池温度
が大きく変化するため、電池内に大きな電流密度、温度
分布が生じ、電池性能、寿命および信頼性の点で問題と
なる。この大きな電流密度、温度分布はセパレータ板の
ガス流路形状が。
その流動抵抗が一様となるように作られているため、燃
料ガス、酸化剤ガスの入口部と夫々の出口部との間に燃
料ガス組成、利用率、ガス温度等に大きな差が生じるこ
とにより発生する。このように従来の燃料電池では、f
!1池の反応面にわたって燃料ガス、酸化剤ガスの利用
率2組成、ガス温度の一様化の点については配慮されて
いなかった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、電池内の反応面全体について燃料ガス
、酸化剤ガスのガス利用率2組成、ガス温度などの一様
化の点で配慮がされておらず、電池の発電性能、高温部
の発生による寿命、温度分布による熱応力による信頼性
低下等の問題があった。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、温度分布
、電流密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。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、セパレータ板に燃料、酸化剤ガスの流れ方
向の夫々のガスの流量分布を制御して単位電池内の温度
、電流密度分布が一様になるような流量分布制御手段を
設けることにより、達成される。
〔作用〕
単位電池内を流れるガスに流れ方向に流量分布を与えれ
ば、燃料ガス側ではガス利用率2組成すなわちガス流量
による電池性能変化を生じ、酸化剤ガス側ではガス流量
によるガス温度変化を生じるため、電池内のガス流れ方
向に直交する面での電池性能、温度が一様になる。その
ため直交流ガスフローパターンのように、ガスの流れ方
向で燃料、酸化剤ガスの組成、温度等の組合せが異なる
ような流れでも燃料ガスの利用率2組成および酸化剤ガ
スの温度を夫々ガス流れに直交する面で一様になるよう
にガス流量分布を制御すれば、電流密度、温度分布が一
様となり、性能、寿命、信頼性の向上が達成される。
〔実施例〕
以下1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
。同図に示されているように燃料電池はセパレータ板1
を介して複数個積層され。
かつ電解質板をその間にはさんだ一対のガス拡散電極を
有する単位電池(共に図示せず)に燃料。
酸化剤ガスを夫々給排する燃料、酸化剤ガス入出ロマニ
ホールド2,3,4.5を備えている。そしてセパレー
タ板1と電極板との間にはこれら両者間に介在されるリ
ブ6を介して燃料、酸化剤ガス流路が夫々構成され、か
つ燃料ガス流路と酸化剤ガス流路とは直交配置されてい
る。このように構成された燃料電池で本実施例ではセパ
レータ板1に燃料、酸化剤ガス7.8の流れ方向の夫々
のガス7.8の流量分布を制御して単位電池内の温度、
電流密度が一様になるような流量分布制御手段を設けた
。このようにすることにより単位電池内の温度、電流密
度が一様になって、温度分布。
電流密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。
すなわち酸化剤ガス人口マニホールド4より酸化剤ガス
8がセパレータ板1に流入し、ガス流路と発生した電流
の通路となるリブ6の間を流れ乍ら、電気化学反応によ
り発電を行う、この際、リブ6は燃料、酸化剤ガス7.
8の流れ方向に対して酸化剤ガス8が燃料ガス出口マニ
ホールド3側へ流れ易くなるようにある角度をもって設
け、特に燃料ガス入口マニホールド2のリブ6はどその
角度を大きくした。なお同図において9はセパレータシ
ール面である。溶融炭酸塩型燃料電池では酸化剤ガス8
は空気と炭酸ガスとであり、空気中の酸素と炭酸ガスと
が電気化学反応で消費され。
下流に流れていく程酸素と炭酸ガスとの濃度が小さくな
る。しかし、これらの濃度変化は燃料ガス7側の水素濃
度変化程、電池性能に影響は及ぼさない。しかし、酸化
剤ガス流量は燃料ガス流量よりも流量が多いため、電池
温度分布に与える影響度は燃料ガスよりも大きい。従っ
てセパレータ板1内の酸化剤ガス8の流量分布は電池温
度分布に大きな影響を与えることになる。このため第1
図に示されているようにリブ6を燃料ガス入口側で酸化
剤ガス8の流れに対して大きく傾斜させ、燃料ガス出口
側で酸化剤ガス8の流れに平行となるようにした。この
ようにすることによりガス流路の流動抵抗が燃料ガス入
口側で大きく、燃料ガス出口側で小さくなって、同図に
示されているように酸化剤ガスの流量Qcは燃料ガス出
口部である燃料ガス出口マニホールド3側で多くなる流
量分布となる。
燃料ガス7は第2図に示されているように燃料ガス入口
マニホールド2からセパレータ流路に流れ込んだ燃料ガ
ス7は、酸化剤ガスの場合と同様にリブ6の間を流れ、
燃料ガス出口マニホールド3へ流出して行く。燃料ガス
7の組成は水素と炭酸ガスとであるが、セパレータ板1
内を流れ、電気化学反応により発電していくうちに水素
が消費され、反応生成ガスである水と炭酸ガスとの濃度
が高くなってくる。従って燃料である水素の濃度は燃料
ガス7の流れと共に低下し、それに伴い発電出力も低下
する。このため燃料ガス流路のリブ6の流れ方向との傾
き角度を、酸化剤ガスの場合と同様に酸化剤ガス入口側
で大きく、酸化剤ガス出口側で小さくした。このように
することによりガス流路の流動抵抗が酸化剤ガス入口側
で大きくなり、同図に示されているように燃料ガス7の
流IQ^は酸化剤ガス出口マニホールド5側で多くなる
流量分布となる。この流量分布により、酸化剤ガス出口
側での出力低下が小さくなり、電流密度分布が一様にな
る。
以上の実施例について電解質板の無次元温度分布、無次
元電流密度分布を従来例のそれと比較検討した結果が第
3図および第4図に示されている。
板の温度、Tg+:入口のガス温度)の変化特性が示さ
れている第3図から明らかなように、点線で示す本実施
例の温度分布曲線Aは実線で示す従来例の温度分布曲線
Bに比べ、全体の温度分布、特に酸化剤ガスの流れ方向
の分布がほぼフラットで一様になっているのが確かめら
れた。これは酸化剤ガスの流量が燃料ガス入口側で少な
く、燃料ガス出口側で多い分布になったためである。
無次元化された電流密度I = −(j :電解質J&
v 板の夫々の場所の電流密度、j av :電解質板の平
均電流密度)の変化特性が示されている第4図に示され
ているように、点線で示す本実施例の電流密度分布曲線
Cは実線で示す従来例の電流密度分布曲線りに比べ、酸
化剤ガス入口側の電流密度が低下し、燃料ガスの流れ方
向に対してほぼフラットで一様になっているのが確めら
れた。これは酸化剤入口側で燃料ガスの流量が少なく、
酸化剤ガス出口側で燃料ガスの流量が多い分布になった
ためである。
このように本実施例によれば電池の温度分布、電流密度
分布が一様となるので、高温度の温度低下による電解質
損失量の低減による長寿命化2発電出力の一様化による
性能向上を図ることができる。また、セパレータ板内の
ガス流れ方向の流量分布を任意に制御できるので、電池
高温部へ酸化剤ガス流量を多くして低温化を図ることが
でき、出力の小さな部分へ燃料ガス流量を多くして高出
力化を図ることができる。
〔発明の効果〕
上述のように本発明は燃料電池の温度分布、電流密度分
布が一様になって、温度分布、電流密度分布が一様にな
ることを可能とした燃料電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の燃料電池の一実施例の酸化剤ガスの流
路を形成するリブの配置状態を示す平面図、第2図は同
じく一実施例の燃料ガスの流路を形成するリブの配置状
態を示す平面図、第3図は本発明の燃料電池の一実施例
と従来例との温度分布図、第4図は同じく一実施例と従
来例との電流密度分布図である。 1・・・セパレータ板、2・・・燃料ガス入口マニホー
ルド、3・・・燃料ガス出口マニホールド、4・・・酸
化剤ガス入口マニホールド、5・・・酸化剤ガス出口マ
ニホールド、6・・・リブ、7・・・燃料ガス、8・・
・酸化剤ガス。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、セパレータ板を介して複数個積層され、かつ電解質
    板を、その間にはさんだ一対のガス拡散電極を有する単
    位電池に燃料、酸化剤ガスを夫々給排する燃料、酸化剤
    ガス入出口マニホールドを備え、前記セパレータ板と電
    極との間にはこれら両者間に介在されるリブを介して燃
    料、酸化剤ガス流路が夫々構成され、かつ前記燃料ガス
    流路と酸化剤ガス流路とは直交配置されている燃料電池
    において、前記セパレータ板に燃料、酸化剤ガスの流れ
    方向の夫々のガスの流量分布を制御して前記単位電池内
    の温度、電流密度分布が一様になるような流量分布制御
    手段を設けたことを特徴とする燃料電池。 2、前記流量分布制御手段が、前記酸化剤、燃料ガス入
    口マニホールドより入つた酸化剤、燃料ガスの流量の酸
    化剤ガスの流量が、前記酸化剤ガス出口マニホールド側
    では前記燃料ガス出口マニホールド側になるほど前記燃
    料ガス入口マニホールド側より大きくなるように、前記
    燃料ガス出口マニホールド側ほどその酸化剤ガスの流れ
    に対する角度を前記燃料ガス入口マニホールド側のそれ
    より小さくして配置し、前記燃料ガスの流量が、前記燃
    料ガス出口マニホールド側では前記酸化剤ガス出口マニ
    ホールド側になるほど前記酸化剤ガス入口マニホールド
    側より大きくなるように、前記酸化剤ガス出口マニホー
    ルド側ほどその燃料ガスの流れに対する角度を前記酸化
    剤ガス入口マニホールド側のそれより小さくして配置し
    た前記リブで形成されたものである特許請求の範囲第1
    項記載の燃料電池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6463272A (en) * 1987-09-02 1989-03-09 Hitachi Ltd Fuel cell construction
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