JPS63248073A - 積層形燃料電池 - Google Patents
積層形燃料電池Info
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- JPS63248073A JPS63248073A JP62079874A JP7987487A JPS63248073A JP S63248073 A JPS63248073 A JP S63248073A JP 62079874 A JP62079874 A JP 62079874A JP 7987487 A JP7987487 A JP 7987487A JP S63248073 A JPS63248073 A JP S63248073A
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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
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- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
-
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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
〔産業上の利用分野〕
この発明は、主として空冷式を対象とした積層形燃料電
池、特にそのセルスタックの積層構造に関する。 〔従来の技術〕 空冷式の積層形燃料電池として、燃料電極と酸化剤電極
との間に電解質を保持したマトリックス層を介在させた
単位セルと、該単位セルの両側に配して各電極へ燃料ガ
ス、酸化剤ガスを供給するバイポーラプレートと呼ばれ
るリプ付きセパレータと、数単位セル毎に介装した冷却
媒体通路を有する冷却板とを積層し、さらに積層体上下
両端に締付部材等を重ね合わせてセルスタックを構成し
、かつ外部の冷却系を通じて前記冷却板の冷却媒体通路
へ空気等の冷却媒体を通流させることにより、運転時に
電池反応に伴って発生した熱を系外に除熱するようにし
た空冷方式の積層形燃料電池が特公昭６２−２４３０号
公報等で公知である。 かかる空冷式の積層形燃料電池によれば、冷却媒体とし
ての空気が通流する冷却媒体通路は、反応ガスとしての
空気を酸化剤電極へ供給する反応ガス供給通路と分離独
立しており、したがって冷却板の冷却媒体通路に連なる
冷却系に腐食性の高い電解質等が混入するおそれがなく
、さらに冷却空気流量の制御等も容易である等の利点が
あり、昨今では積層形燃料電池にこの空冷方式が多く採
用されるようにてなっている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで上記した積層形燃料電池には運転上で次記のよ
うな問題点が残る。すなわち先記のように単位セル、セ
パレータ、冷却板の積層体として成るセルスタックでは
、セルスタックの＃ｉ層方向で中央域に並ぶ単位セルは
、セルスタックの上下両端域に並ぶ単位セルに比べて放
熱性が低い、このために数単位セル毎に介装した各冷却
板に対しこの冷却媒体通路に供給する冷却媒体流量が全
て同一であると、中央域に並ぶ単位セルは温度が高く、
これに対してセルスタックの上下両端域に並ぶ単位セル
は締付部材への放熱等により中央域に並ぶ単位セルと比
べて温度が適正運転温度以下に低下するようになり、こ
のためにセルスタック内では積層方向の位置によって温
度差が生じ、これが原因で各単位セルの出力特性にバラ
ツキが発生する。しかも燃料電池に供給される燃料ガス
中に一酸化炭素が混在していると、特に低温域に並ぶる 単位セルでは電極触媒が受ける一酸化炭素にｒ裔毒の影
響が大となり、このために電極触媒が早期に劣化して電
池の寿命が低下するようになる。 この発明の目的は、先記した空冷式の積層形燃料電池を
対象に、セルスタックの積層構造を改良することにより
積層方向の温度差発生を抑えて各単位セルの運転温度を
均一化させ、各単位セルの出力特性のバラツキ、−酸化
炭素の被毒に起因する電極触媒の劣化防止が図れるよう
にした積層形燃料電池を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するために、この発明によれば 単位
セルと、該単位セルに隣接するリブ付きセパレータと、
数単位セル毎に介装した冷却媒体通路を有する冷却板と
を積層してセルスタックを構成し、かつ外部の冷却系を
通じて前記冷却媒体通路に空気等の冷却媒体を送流して
セルスタックを冷却するようにした積層形燃料電池にお
いて、積層方向でセルスタックの中央域に位置する冷却
板の冷却媒体通路の断面積を大に、セルスタックの両端
域に位置する冷却板の冷却媒体通路の断面積を小に設定
して構成するものとする。 〔作用〕 上記の構成で、外部の冷却系を通じて各冷却板の冷却媒
体通路へ空気等の冷却媒体を送流することにより、各冷
却板中を流れる冷却媒体流量はその冷却媒体通路の断面
積に比例するようになる。 したがってセルスタックの中央域では冷却板に流れる冷
却媒体流量が大、逆にセルスタックの両端域では冷却媒
体流量が小となり、これによりセルスタックの中央域で
は両端域に比べて除熱量が増しセルスタックの積層方向
で各単位セルを均一。 かつ適正な温度で運転することができるようになる。 〔実施例〕 図はこの発明の実施例による積層形燃料電池のセルスタ
・νりの構成を示すものであり、ｌは燃料電極、酸化剤
電極、マトリックス層の積層体として成る単位セル、２
は単位セル１に隣接して配したリブ付きセパレータ、２
ａはセパレータ２の表面に形成した溝杖の反応ガス供給
通路、３は数単位セル毎に単位セル１とセパレータ２の
間に介装した冷却板、３ａは該冷却板３に形成した冷却
媒体通路、４は上下のダミー板、５は集電板、６はＩ！
＋８！板、７は締付板であり、これら各部材を図示のよ
うに積層した上で一体に締付けてセルスタックが構成さ
れている。ここで前記冷却板３はガス不透過性の導電材
料で作られ、かつその上下面のうちの一方側に前記した
冷却媒体通路３ａとなる溝列が形成され、単位セルｌと
対面する他方側の面には反応ガス供給通路３ｂとなる溝
列が形成されたものである。またリブ付きセパレータ２
のうち特に前記冷却板３の冷却媒体通路側に隣り合うリ
ブ付きセパレータは、冷却媒体通路３ａに対面する側の
面が平坦面であり、セルスタックの組立状態で該セパレ
ータと冷却板とが重なり合って両者間にトンネル状の冷
却媒体通路を形成する。さらに上部のダミー板４には単
位セル１と対面する側に反応ガス供給通路４ａとなる溝
列が形成されている。 上記構成のセルスタックに対し、この発明によリセルス
タック内に介装された各冷却板３のうち。 積層方向でセルスタックの中央域に並ぶ冷却板３では溝
寸法を大きくして冷却媒体通路３ａの断面積が大に設定
され、これに対してセルスタックの上下両端域に並べ冷
却板３では冷却媒体通路３ａの断面積が中央域に並ぶ冷
却板と比べて小となるように溝寸法が小さく形成されて
いる。 かかる構成で燃料電池の運転時に図示されてない外部の
冷却系よりマニホールドを通じて各冷却板３の冷却媒体
通路３ａへ向けて空気等の冷却媒体を送流することによ
り、各冷却板毎にその冷却媒体通路３ａの断面積に比例
した流量の冷却媒体が通流するようになる。しかもこの
場合に各冷却板３の冷却媒体通路の断面積比が前記のよ
うに設定されているので、セルスタックの中央域では冷
却媒体流量が多く、上下両端域では逆に少なくなる。 したがって放熱性の低いセルスタックの中央域に並ぶ単
位セルに対しては冷却媒体による除熱能力が高く、放熱
性の高いセルスタックの上下両端域に並ぶ単位セルに対
しては冷却媒体による除熱能力が低くなり、この結果と
してセルスタック全域での温度が均一化されるようにな
る。これによりセルスタック内で各単位セル相互間の温
度差を無くして略同−な適正温度で運転することができ
ようなる。 なお本発明は冷却媒体として空気以外の各種流体を採用
した場合でも同様に実施できることは勿論である。
池、特にそのセルスタックの積層構造に関する。 〔従来の技術〕 空冷式の積層形燃料電池として、燃料電極と酸化剤電極
との間に電解質を保持したマトリックス層を介在させた
単位セルと、該単位セルの両側に配して各電極へ燃料ガ
ス、酸化剤ガスを供給するバイポーラプレートと呼ばれ
るリプ付きセパレータと、数単位セル毎に介装した冷却
媒体通路を有する冷却板とを積層し、さらに積層体上下
両端に締付部材等を重ね合わせてセルスタックを構成し
、かつ外部の冷却系を通じて前記冷却板の冷却媒体通路
へ空気等の冷却媒体を通流させることにより、運転時に
電池反応に伴って発生した熱を系外に除熱するようにし
た空冷方式の積層形燃料電池が特公昭６２−２４３０号
公報等で公知である。 かかる空冷式の積層形燃料電池によれば、冷却媒体とし
ての空気が通流する冷却媒体通路は、反応ガスとしての
空気を酸化剤電極へ供給する反応ガス供給通路と分離独
立しており、したがって冷却板の冷却媒体通路に連なる
冷却系に腐食性の高い電解質等が混入するおそれがなく
、さらに冷却空気流量の制御等も容易である等の利点が
あり、昨今では積層形燃料電池にこの空冷方式が多く採
用されるようにてなっている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで上記した積層形燃料電池には運転上で次記のよ
うな問題点が残る。すなわち先記のように単位セル、セ
パレータ、冷却板の積層体として成るセルスタックでは
、セルスタックの＃ｉ層方向で中央域に並ぶ単位セルは
、セルスタックの上下両端域に並ぶ単位セルに比べて放
熱性が低い、このために数単位セル毎に介装した各冷却
板に対しこの冷却媒体通路に供給する冷却媒体流量が全
て同一であると、中央域に並ぶ単位セルは温度が高く、
これに対してセルスタックの上下両端域に並ぶ単位セル
は締付部材への放熱等により中央域に並ぶ単位セルと比
べて温度が適正運転温度以下に低下するようになり、こ
のためにセルスタック内では積層方向の位置によって温
度差が生じ、これが原因で各単位セルの出力特性にバラ
ツキが発生する。しかも燃料電池に供給される燃料ガス
中に一酸化炭素が混在していると、特に低温域に並ぶる 単位セルでは電極触媒が受ける一酸化炭素にｒ裔毒の影
響が大となり、このために電極触媒が早期に劣化して電
池の寿命が低下するようになる。 この発明の目的は、先記した空冷式の積層形燃料電池を
対象に、セルスタックの積層構造を改良することにより
積層方向の温度差発生を抑えて各単位セルの運転温度を
均一化させ、各単位セルの出力特性のバラツキ、−酸化
炭素の被毒に起因する電極触媒の劣化防止が図れるよう
にした積層形燃料電池を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するために、この発明によれば 単位
セルと、該単位セルに隣接するリブ付きセパレータと、
数単位セル毎に介装した冷却媒体通路を有する冷却板と
を積層してセルスタックを構成し、かつ外部の冷却系を
通じて前記冷却媒体通路に空気等の冷却媒体を送流して
セルスタックを冷却するようにした積層形燃料電池にお
いて、積層方向でセルスタックの中央域に位置する冷却
板の冷却媒体通路の断面積を大に、セルスタックの両端
域に位置する冷却板の冷却媒体通路の断面積を小に設定
して構成するものとする。 〔作用〕 上記の構成で、外部の冷却系を通じて各冷却板の冷却媒
体通路へ空気等の冷却媒体を送流することにより、各冷
却板中を流れる冷却媒体流量はその冷却媒体通路の断面
積に比例するようになる。 したがってセルスタックの中央域では冷却板に流れる冷
却媒体流量が大、逆にセルスタックの両端域では冷却媒
体流量が小となり、これによりセルスタックの中央域で
は両端域に比べて除熱量が増しセルスタックの積層方向
で各単位セルを均一。 かつ適正な温度で運転することができるようになる。 〔実施例〕 図はこの発明の実施例による積層形燃料電池のセルスタ
・νりの構成を示すものであり、ｌは燃料電極、酸化剤
電極、マトリックス層の積層体として成る単位セル、２
は単位セル１に隣接して配したリブ付きセパレータ、２
ａはセパレータ２の表面に形成した溝杖の反応ガス供給
通路、３は数単位セル毎に単位セル１とセパレータ２の
間に介装した冷却板、３ａは該冷却板３に形成した冷却
媒体通路、４は上下のダミー板、５は集電板、６はＩ！
＋８！板、７は締付板であり、これら各部材を図示のよ
うに積層した上で一体に締付けてセルスタックが構成さ
れている。ここで前記冷却板３はガス不透過性の導電材
料で作られ、かつその上下面のうちの一方側に前記した
冷却媒体通路３ａとなる溝列が形成され、単位セルｌと
対面する他方側の面には反応ガス供給通路３ｂとなる溝
列が形成されたものである。またリブ付きセパレータ２
のうち特に前記冷却板３の冷却媒体通路側に隣り合うリ
ブ付きセパレータは、冷却媒体通路３ａに対面する側の
面が平坦面であり、セルスタックの組立状態で該セパレ
ータと冷却板とが重なり合って両者間にトンネル状の冷
却媒体通路を形成する。さらに上部のダミー板４には単
位セル１と対面する側に反応ガス供給通路４ａとなる溝
列が形成されている。 上記構成のセルスタックに対し、この発明によリセルス
タック内に介装された各冷却板３のうち。 積層方向でセルスタックの中央域に並ぶ冷却板３では溝
寸法を大きくして冷却媒体通路３ａの断面積が大に設定
され、これに対してセルスタックの上下両端域に並べ冷
却板３では冷却媒体通路３ａの断面積が中央域に並ぶ冷
却板と比べて小となるように溝寸法が小さく形成されて
いる。 かかる構成で燃料電池の運転時に図示されてない外部の
冷却系よりマニホールドを通じて各冷却板３の冷却媒体
通路３ａへ向けて空気等の冷却媒体を送流することによ
り、各冷却板毎にその冷却媒体通路３ａの断面積に比例
した流量の冷却媒体が通流するようになる。しかもこの
場合に各冷却板３の冷却媒体通路の断面積比が前記のよ
うに設定されているので、セルスタックの中央域では冷
却媒体流量が多く、上下両端域では逆に少なくなる。 したがって放熱性の低いセルスタックの中央域に並ぶ単
位セルに対しては冷却媒体による除熱能力が高く、放熱
性の高いセルスタックの上下両端域に並ぶ単位セルに対
しては冷却媒体による除熱能力が低くなり、この結果と
してセルスタック全域での温度が均一化されるようにな
る。これによりセルスタック内で各単位セル相互間の温
度差を無くして略同−な適正温度で運転することができ
ようなる。 なお本発明は冷却媒体として空気以外の各種流体を採用
した場合でも同様に実施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、単位セルと、該単
位セルに隣接するリプ付きセパレータと、数単位セル毎
に介装した冷却媒体通路を有する冷却板とを積層してセ
ルスタックを構成し、かつ外部の冷却系を通じて前記冷
却媒体通路に空気等の冷却媒体を送流してセルスタック
を冷却するようにした積層形燃料電池において、積層方
向でセルスタックの中央域に位置する冷却板の冷却媒体
通路の断面積を大に、セルスタックの両側域に位置する
冷却板の冷却媒体１ｆｆｉ路の断面積を小に設定して構
成したことにより、セルスタック内で積層方向の温度を
適正、かつ均一化することができ、これにより各単位セ
ルの出力特性のバラツキを防止し、さらに燃料ガスに混
在する一酸化炭素の影響番こよる電掻触媒の劣化を抑え
て電池の長寿命化が図れる等の効果が得られる。
位セルに隣接するリプ付きセパレータと、数単位セル毎
に介装した冷却媒体通路を有する冷却板とを積層してセ
ルスタックを構成し、かつ外部の冷却系を通じて前記冷
却媒体通路に空気等の冷却媒体を送流してセルスタック
を冷却するようにした積層形燃料電池において、積層方
向でセルスタックの中央域に位置する冷却板の冷却媒体
通路の断面積を大に、セルスタックの両側域に位置する
冷却板の冷却媒体１ｆｆｉ路の断面積を小に設定して構
成したことにより、セルスタック内で積層方向の温度を
適正、かつ均一化することができ、これにより各単位セ
ルの出力特性のバラツキを防止し、さらに燃料ガスに混
在する一酸化炭素の影響番こよる電掻触媒の劣化を抑え
て電池の長寿命化が図れる等の効果が得られる。
図は本発明の実施例による積層形燃料電池のセルスタッ
クの構成図である０図において、１：単位セル、２：リ
ブ付きセパレータ、３：冷却板、３ａ：冷却媒体通路。 、・″ご１：・
クの構成図である０図において、１：単位セル、２：リ
ブ付きセパレータ、３：冷却板、３ａ：冷却媒体通路。 、・″ご１：・
Claims (1)
- 単位セルと、該単位セルに隣接するリブ付きセパレータ
と、数単位セル毎に介装した冷却媒体通路を有する冷却
板とを積層してセルスタックを構成し、かつ外部の冷却
系を通じて前記冷却媒体通路に空気等の冷却媒体を送流
してセルスタックを冷却するようにした積層形燃料電池
において、積層方向でセルスタックの中央域に位置する
冷却板の冷却媒体通路の断面積を大に、セルスタックの
両端域に位置する冷却板の冷却媒体通路の断面積を小に
設定して構成したことを特徴とする積層形燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62079874A JPS63248073A (ja) | 1987-04-01 | 1987-04-01 | 積層形燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62079874A JPS63248073A (ja) | 1987-04-01 | 1987-04-01 | 積層形燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63248073A true JPS63248073A (ja) | 1988-10-14 |
Family
ID=13702370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62079874A Pending JPS63248073A (ja) | 1987-04-01 | 1987-04-01 | 積層形燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63248073A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1241726A2 (en) * | 2001-03-06 | 2002-09-18 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of operating cell assembly |
| WO2004086546A2 (en) * | 2003-03-24 | 2004-10-07 | Nissan Motor Co. Ltd. | Fuel cell cooling system |
| EP1239530A3 (en) * | 2001-03-06 | 2005-10-26 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of supplying reaction gas in the fuel cell assembly |
| 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 |
| EP1686642A1 (en) | 2005-01-28 | 2006-08-02 | Samsung SDI Co., Ltd. | fuel cell stack and fuel cell system having the same |
| WO2005057697A3 (en) * | 2003-12-09 | 2007-07-05 | Nissan Motor | Fuel cell stack |
| JP2007234405A (ja) * | 2006-03-01 | 2007-09-13 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池スタック |
| JP2010049969A (ja) * | 2008-08-22 | 2010-03-04 | Toyota Motor Corp | 燃料電池モジュール |
| US8012639B2 (en) * | 2004-11-25 | 2011-09-06 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell stack |
-
1987
- 1987-04-01 JP JP62079874A patent/JPS63248073A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7465515B2 (en) | 2001-03-06 | 2008-12-16 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of operating cell assembly |
| EP1239530A3 (en) * | 2001-03-06 | 2005-10-26 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of supplying reaction gas in the fuel cell assembly |
| EP1241726A3 (en) * | 2001-03-06 | 2005-10-26 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of operating cell assembly |
| US7687165B2 (en) | 2001-03-06 | 2010-03-30 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of operating cell assembly |
| EP1241726A2 (en) * | 2001-03-06 | 2002-09-18 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of operating cell assembly |
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| WO2004086546A3 (en) * | 2003-03-24 | 2006-02-16 | Nissan Motor | Fuel cell cooling system |
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