JPS6358769A - 燃料電池のガス流路 - Google Patents

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係り、特に、新規な反応ガスを電池
全域にわたり供給するのに好適なセパレータ流路に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、電池内の出力、温度分布とガス濃度との関係につ
いては、ジャーナル、オブ、エレクトロケミカル、ソサ
エティ、　１３０　、１　　（１９８：ｌ）第４８頁か
ら第５５頁（Ｊ　、Ｆｉｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、Ｓｏｃ、
　Ｖｏｌ、１３０゜Ｎｎ　１　、　（＋９８３）ＰＰ４
８−５５）において、論じられている。

しかし、燃料ガス、酸化剤ガスが電池入口から出口へ流
れる電池構造では、電気化学反応に伴い、ガス濃度の低
下、発生熱によるガス温度上昇があり、電池内の入口、
出口間に大きな出力、温度差を生じ、その結果、性能面
からは効率の低下、信層性、寿命面からは熱応力の増加
、電解質損失量の増加などによる信頼性、寿命の低下を
まねくという問題点が考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を流れる燃料、酸化剤ガスの濃度
不均一、ガス温度上昇について、ガス流路構造に関して
の考慮がされておらず、１池入口、出口間に生じる大き
な電流密度、温度差に伴う性能、信頼性、及び寿命の低
下という問題があった。

本発明の目的は、電池内を流れる燃料ガス、酸化剤ガス
の濃度分布を均一にし、かつ、電池温度分布をも一様に
することにより、高性能、高信頼性及び長寿命な燃料電
池のセパレータ流路を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、燃料ガスと酸化剤ガスを分離する分離板と
電極との間にガス流路形成と集電手段を兼ね備えた波形
薄板を構成するとともに、波板と電極とが接触する凸部
のみをガス流れ方向に複数個、また、任意の幅、任意の
深さでブライディングカット、エンドミルにより削り取
ることにより達成される。さらには、波形薄板により電
極とガスが直接接触する流路と、直接接触しない流路と
が形成されるが、入口側の波板端部では電極と直接接触
する流路の端部を閉塞させ、出口側では、電極と直接接
触しない流路の端部を閉塞すると上記目的はより効果的
に達成される。

〔作用〕

上記波形薄板の一方の凸部を複数個ある大きさをもって
流れ方向に削り取り、その加工さ九た波板西部側を電極
面と接触させることにより、電極と波板凸部側壁との間
に、加工を施した数だけの開口部が形成されることにな
る。このため、開口部は電極面と接する形となり、複数
個の開口部を通って反応ガスが電極面直上を流れること
により、電池全域にわたり入口反応ガス濃度にほぼ等し
いガス組成をもつ反応ガスが電極面上を流れることによ
り、電気出力分布を一様にし、高出力化が図れる。本現
象はガス利用率の高い燃料側でより有効に働く。

また、燃料電池の寿命、信頼性は電池温度に密接に関係
し、特に電解質の損失量を抑制するためには、最高温度
を極力低くすることが要求されている。複数個の開口部
のピッチ、削り深さ、削り幅を調節するという単純な加
工行程により、電池温度の高くなりそうな部分に反応後
のプロセスガスよりは温度の低い供給ガスをより多く供
給することができ、最高温度が低下し、温度差も小さく
なる。これにより同時に熱応力も低減でき、信頼性の向
上が図れる。なお、電池内の流量分布の調節を容易にす
るため、上記波板により形成されろ二つの流路部のうち
、電極面と反応ガスが直接接触する、いオ）ゆろ、反応
流路についてはその入口部を閉塞させ、また、もう一方
の、電極面とはガスが直接接しない流路は反応ガス供給
ヘッダとしての役割を果たすため、出口部を閉塞するこ
とにより、供給ヘシダに入った反応ガスは、開口部を通
って反応流路内へ強制的に流入することとなる。

この結果、セル全域に開口部の異なる大きさ、ピッチ等
の分布を与えろことにより流量分布のコントロールが可
能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図から第７図を用いて説
明する。

第１図は本発明による電極とセパレータの間に構成され
る波形薄板の矢視図である。ステンレス。

銅、ニッケルなどの薄板をプレスで波形に成形した波形
薄板１の電極側と接する凸部２に第２図に示すように、
グラインダ１０によりその上部を削り取ることにより幅
Ｗ、深さｈの開口部３を波形薄板１の全体に任意の数だ
け設ける。なお、凸部２の加工に関してはグラインダ及
びエンドミルの削り幅や深さを調節することにより、任
意の幅Ｗ。

深さｈの開口部３を任意のピッチＬで複数個非常に簡単
に分布させることができる。第３図は波形薄板を内部マ
ンホールド形、直交流タイプのセパレータ４に組み入れ
たときの平面図である。また、第４図、第５図はそれぞ
れそのときのＩＶ−ＩＶ、Ｖ−■矢視断面図を示す。波
形薄体１は開口部３がセパレータ４と反対側を向くよう
に設口される。

なお、セパレータ４と波形薄板１は接合面９でニッケル
ロー付、拡散接合により接合される。さて、入口マ二ホ
ールド６を通ってセルに流入した反応ガス２０は波形１
の凹部８と側壁１１−ａで形成される流路１４を流れる
。なお、波板１の内壁１１−ｂで囲まれる流路１５には
波板のプレス加工により同時に成形さ九る流路閉塞部１
３により反応ガス２０は入口部１６を介しては流入しな
い。

また、流路１４に入ったガス２０は出口マニホールド７
からは閉塞部１３と同様に形成される流路閉塞部１２に
より出口部１７を介して流出することはできす流路１４
に流入したガスは全て開口部３を介して流出することに
なる。

次に、第６図、第７図に示す、電池を構成したときの電
極近傍の拡大断面図を用いて、本発明の詳細な説明する
。流路１４を流れる反応ガスは流れの進行方向に設けら
れた開口部３を通って流入する。セル全体に反応ガスを
開口部３を介して流すために流路１４の流路面積に比し
て、開口部３の面積は相当小さくなっており、また、削
り深さｈをできるだけ小さくして反応ガスができる限り
電極表面５の近くを流れるようになっている。このため
、電極表面上では反応ガス１度がその流路内の平均濃度
に比べて高くなり入口ガス組成に近づく、この結果、電
池全体の電気出力が向りすることになる。また、電流密
度も均一化の方向に向う。　また、第３図に示すように
、セル内の領域Ｂに比べて領域Ａの電池温度が高いとき
、この制温部の温度を下げることが必要となるが、この
高温領域Ａには開口部のピッチ■、を短かくしたりある
いはこの領域の開口部面積が大きくなるように削り幅Ｗ
を領域Ｂとは異なるパターンにすることにより流量分布
のコントロールが可能となり、領域Ａに他の領域よりも
多くの冷却用ガスを流すことがｉｉＪ能となる。その結
果、温度の均一化、また、最高温度を極力低く抑えるこ
とができろ。

〔発明の効果〕

本発明によ九ば、燃料電池のガス分散性、電極面上の反
応ガスの高濃度化、流量分布のコントロールがより確実
なものとなり、電池の性能、寿命、信頼性向上の効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の波形薄板の斜視図、第２図
はその成形法の概略図、第３図は電池セパレータの平面
図、第４図、第５図はそれぞれ第３図のＩＶ−ＩＶ線、
Ｖ−Ｖ線断面図、第６図、第７図は電池の単極部の拡大
断面図である。 １・・・波形薄板、２・・・波形凸部、３・・・開口部
、４　・セパレータ、５・・・電極、６・・入口マニホ
ールド、７・・・出口マニホールド、１１−ａ・・・波
板側壁、１１−ｂ・・・波板内壁、】４・・・供給へラ
ダー、１５・・反応流路。　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　、ン代理人　弁理士　小川勝馬　し、 高１区 も？Ｌ図 １１−ｂ　−−−ｊ成上えｌ’ｌ苛 高３図 宅４−図 弔Ｓ図 １６　２０　４　　１＋−ｂ 市四口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電解質板と、前記電解質板を両側からはさむアノー
   ド電極、カソード電極と、これら電極と接して燃料、酸
   化剤ガスが流れるガス流路部と、前記燃料、酸化剤ガス
   流路を分離するセパレータ板と、前記部材を収納する電
   池容器とから成る燃料電池において、 前記ガス流路部に凸凹をもつ薄板により少なくとも二種
   類のガス流路を分離形成させ、そのうち、少なくとも一
   つの流路はその中を流れるガスが電極面と直接接し、少
   なくとも一つの流路は、前記ガス流路内を流れるガスと
   電極が直接接することはなく、前記電極面と接する前記
   薄板の凸部の上部のみが任意の幅と薄板の肉厚以上の深
   さで削り取られた開口部を複数個設けたことを特徴とす
   る燃料電池のガス流路。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記電極面とガスが直接接触しない流路はその出口部を
   閉塞し、前記電極面とガスが直接接触する流路はその入
   口部を閉塞することを特徴とする燃料電池のガス流路。