JPS6386361A - 積層形燃料電池用セパレータ - Google Patents
積層形燃料電池用セパレータInfo
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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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、特に平板状の電解質板、電極およ
びセパレータを多数積層して構成される積層形燃料電池
において、反応ガスの混合、撹拌および分配性能が優れ
、かつガス利用率の高い燃料電池を実現するのに好適な
セパレータの製造方法および構造に関する。
びセパレータを多数積層して構成される積層形燃料電池
において、反応ガスの混合、撹拌および分配性能が優れ
、かつガス利用率の高い燃料電池を実現するのに好適な
セパレータの製造方法および構造に関する。
積層形燃料電池は、平板状の電解質板、正極板、負極板
およびセパレータを多数積層してなっており、電解質板
に含浸させた電解質液を電気化学反応の媒体として燃料
ガスと酸化剤ガスを電気化学反応させることにより、燃
料ガスを電気エネルギーに変換するものである。
およびセパレータを多数積層してなっており、電解質板
に含浸させた電解質液を電気化学反応の媒体として燃料
ガスと酸化剤ガスを電気化学反応させることにより、燃
料ガスを電気エネルギーに変換するものである。
電解質板内で発電した単位セル分の電力は、燃料ガス側
の負極板と酸化剤ガス側の正極板間の電圧および電流と
して外部に取り出すことができる。
の負極板と酸化剤ガス側の正極板間の電圧および電流と
して外部に取り出すことができる。
電気化学反応で得られる単位電池セル当りの電圧は低く
、例えば溶融炭酸塩型燃料電池では0.6〜0.8vで
ある。従って実用可能な電圧を得るため、燃料電池では
単位電池セルを数百セル分積層することにより実用可能
な電圧の電力を取り出している。
、例えば溶融炭酸塩型燃料電池では0.6〜0.8vで
ある。従って実用可能な電圧を得るため、燃料電池では
単位電池セルを数百セル分積層することにより実用可能
な電圧の電力を取り出している。
一方、電気化学反応で得られる電力の単位面積当りの発
電電流密度は大きく、例えば溶融炭酸塩形燃料電池では
、0.1A/al−0,2A/cJである。溶融炭酸塩
形電池においては、燃料電池の性能、製作費用、発電コ
スト等の観点から単位電池セルの発電条件は、電圧0.
6〜O,SV、電流密度0.1〜0.2A/cdが使用
される。このような理由から積層形燃料電池には、多数
のセパレータと電極板の電気的接続部を直列に接続し、
かつこの接続部を通して大きな電流を流さなければなら
ない。それ故、燃料電池では接触電気抵抗による内部損
失を無視することができず、接触電気抵抗の大小が燃料
電池の性能を左右する。
電電流密度は大きく、例えば溶融炭酸塩形燃料電池では
、0.1A/al−0,2A/cJである。溶融炭酸塩
形電池においては、燃料電池の性能、製作費用、発電コ
スト等の観点から単位電池セルの発電条件は、電圧0.
6〜O,SV、電流密度0.1〜0.2A/cdが使用
される。このような理由から積層形燃料電池には、多数
のセパレータと電極板の電気的接続部を直列に接続し、
かつこの接続部を通して大きな電流を流さなければなら
ない。それ故、燃料電池では接触電気抵抗による内部損
失を無視することができず、接触電気抵抗の大小が燃料
電池の性能を左右する。
ここで、燃料電池の出力特性の一例として、溶融炭酸塩
形燃料電池の出力特性を第15図に示す。
形燃料電池の出力特性を第15図に示す。
そして、同図に基づいて燃料電池の出力特性と電池性能
の関係を説明する。同図において、横軸が電流密度i
(A/aIr) 、縦軸が電圧E (V)および電力
p (w)である。燃料電池では、主に分極抵抗によっ
て右下がり出力特性を示すため1曲線aのようなi−E
特性となる。そして、燃料電池の発電効率、通電電流、
エネルギ変換効率等から通常は領域Aの範囲の電流密度
域が使用される。
の関係を説明する。同図において、横軸が電流密度i
(A/aIr) 、縦軸が電圧E (V)および電力
p (w)である。燃料電池では、主に分極抵抗によっ
て右下がり出力特性を示すため1曲線aのようなi−E
特性となる。そして、燃料電池の発電効率、通電電流、
エネルギ変換効率等から通常は領域Aの範囲の電流密度
域が使用される。
一方、燃料電池の発電性能が悪い場合や内部電気抵抗が
大きい場合には1曲線すのようなi−E特性となる。ま
た曲線aの特性の電池では曲線Cのi −P特性が得ら
れ、曲線すの特性の電池では曲線dのi−P特性が得ら
れる。同図から分るように1曲線すのように出力特性が
悪い電池では、得られる電力は大幅に低下する。
大きい場合には1曲線すのようなi−E特性となる。ま
た曲線aの特性の電池では曲線Cのi −P特性が得ら
れ、曲線すの特性の電池では曲線dのi−P特性が得ら
れる。同図から分るように1曲線すのように出力特性が
悪い電池では、得られる電力は大幅に低下する。
ところで、従来の積層形燃料電池において、セパレータ
表面をガス流路とすると共に、ガス流れの混合、撹拌お
よび分配性能の良好なものとして、多数の穴あきパイプ
を平板上に平行に接合してガス流路とするセパレータが
提案されている(実開昭58−113968号公報)。
表面をガス流路とすると共に、ガス流れの混合、撹拌お
よび分配性能の良好なものとして、多数の穴あきパイプ
を平板上に平行に接合してガス流路とするセパレータが
提案されている(実開昭58−113968号公報)。
このセパレータは、セパレータの電極板との接触部がパ
イプの曲面で接触面が線であり、接触面積が少ない。ま
た平板の両面に突起部を多数張出し成形し、これらの突
起と電極板で形成する空間部をガス流路とするセパレー
タが提案されている(特開昭59−98472号公報)
、このセパレータは、セパレータの電極板との接触部が
突起部先端の点又は小円形であり、接触面積が少ない。
イプの曲面で接触面が線であり、接触面積が少ない。ま
た平板の両面に突起部を多数張出し成形し、これらの突
起と電極板で形成する空間部をガス流路とするセパレー
タが提案されている(特開昭59−98472号公報)
、このセパレータは、セパレータの電極板との接触部が
突起部先端の点又は小円形であり、接触面積が少ない。
さらに、1枚の厚板の両面にガス流路用の複数の平行溝
を形成し、この平行溝と交差して複数の連結溝を形成し
たセパレータが提案されている(特開昭59−2746
7号公報)、また1枚の厚板の両面に上記ガス流路用の
複数の平行溝を形成すると共に、該平行溝表面に一定の
起伏模様を形成したセパレータが提案されている(実開
昭60−57065号公報)。
を形成し、この平行溝と交差して複数の連結溝を形成し
たセパレータが提案されている(特開昭59−2746
7号公報)、また1枚の厚板の両面に上記ガス流路用の
複数の平行溝を形成すると共に、該平行溝表面に一定の
起伏模様を形成したセパレータが提案されている(実開
昭60−57065号公報)。
積層形燃料電池の内部電気抵抗の中で、セパレータと電
極板および電解質板の各接触電気抵抗の割合は他の要因
に比べてかなり大きいものであるが、上記実開昭58−
113968号公報および特開昭59−98472号公
報の従来技術では、いずれもセパレータと電極板と接触
面積が少なく、つぎのような種々の問題があった。
極板および電解質板の各接触電気抵抗の割合は他の要因
に比べてかなり大きいものであるが、上記実開昭58−
113968号公報および特開昭59−98472号公
報の従来技術では、いずれもセパレータと電極板と接触
面積が少なく、つぎのような種々の問題があった。
(1)セパレータと電極板間の接触電気抵抗が大きくな
り、これに伴って内部電気抵抗が太きくなって第15図
において説明したように、燃料電池により得られる電力
が大幅に低下する。
り、これに伴って内部電気抵抗が太きくなって第15図
において説明したように、燃料電池により得られる電力
が大幅に低下する。
(2)セパレータと電極板との接触部の通電電流密度が
大きくなり、抵抗発熱および局部電気腐食が大きくなる
。
大きくなり、抵抗発熱および局部電気腐食が大きくなる
。
(3)多孔質性電極板および電解質板の局部的なりリー
プ変形が大きくなる6 また上記特開昭59−27467号公報および実開昭6
0−57065号公報の従来技術では、ガス流路断面積
が流路の途中で増減するため、断面積が減少する部分、
すなわち交差溝や起伏部分を通過するときに、ガス流れ
に圧力損失が発生するという問題があった。
プ変形が大きくなる6 また上記特開昭59−27467号公報および実開昭6
0−57065号公報の従来技術では、ガス流路断面積
が流路の途中で増減するため、断面積が減少する部分、
すなわち交差溝や起伏部分を通過するときに、ガス流れ
に圧力損失が発生するという問題があった。
本発明の目的は、積層されるセパレータと電極板との電
気的接触抵抗を低減させ、かつガス流路断面積を流路の
途中で増減させることなく1反応ガスの撹拌および分配
性能を向上させるようにした積層形燃料電池用セパレー
タの製造方法および構造を提供することである。
気的接触抵抗を低減させ、かつガス流路断面積を流路の
途中で増減させることなく1反応ガスの撹拌および分配
性能を向上させるようにした積層形燃料電池用セパレー
タの製造方法および構造を提供することである。
かかる目的達成のため、本発明は、金属製平板を塑性加
工により頂面に平担部を有し、かつ波形状の凹凸部を有
する波板に成形し、金属製の仕切り板の少なくとも一面
に前記波板の底面を金属的に接合させた後、前記波板の
凹凸部とほぼ直交する方向で該凹凸部の一部を切り取る
ものである。
工により頂面に平担部を有し、かつ波形状の凹凸部を有
する波板に成形し、金属製の仕切り板の少なくとも一面
に前記波板の底面を金属的に接合させた後、前記波板の
凹凸部とほぼ直交する方向で該凹凸部の一部を切り取る
ものである。
また本発明は、波形状の凹凸部を有し、かつ頂面に平担
部を有する金属製の複数の波板が金属製の仕切り板上に
その凹凸部を互いに平行にして配列され、前記仕切り板
との接触面が金属的に接合されたものである。さらに本
発明は、金属製の仕切り板の少なくとも一面に波形状の
凹凸部を有する波板を取り付け、該波板の凹凸部により
形成された空間部をガス流路とすると共に前記波板の凹
凸部の一部に該凹凸部に直交する切取り部を切り取り形
成したものである。また本発明は、金属製平板に平行に
複数の切欠き部を設け、対向する2個の前記切欠き部間
の切片部を前記平板の少なくとも一面上に張出して波形
状の凹凸部を成形した波板が、金属製の仕切り板に金属
的に接合されたものである。
部を有する金属製の複数の波板が金属製の仕切り板上に
その凹凸部を互いに平行にして配列され、前記仕切り板
との接触面が金属的に接合されたものである。さらに本
発明は、金属製の仕切り板の少なくとも一面に波形状の
凹凸部を有する波板を取り付け、該波板の凹凸部により
形成された空間部をガス流路とすると共に前記波板の凹
凸部の一部に該凹凸部に直交する切取り部を切り取り形
成したものである。また本発明は、金属製平板に平行に
複数の切欠き部を設け、対向する2個の前記切欠き部間
の切片部を前記平板の少なくとも一面上に張出して波形
状の凹凸部を成形した波板が、金属製の仕切り板に金属
的に接合されたものである。
上述の構成によれば、仕切り板の両面に接合された波板
の凹凸部内をそれぞれ燃料ガス又は酸化剤ガスが流れ、
かつ流路断面積が流路全長にわたってほぼ同じになる。
の凹凸部内をそれぞれ燃料ガス又は酸化剤ガスが流れ、
かつ流路断面積が流路全長にわたってほぼ同じになる。
また波板は適宜に切り取り又は切断されており、波板の
凹凸部内を流れるガス流れは、前記切り取り部又は切断
部を通して流路の変更、流れの合流および再分配、ガス
の撹拌が行なわれる。これにより、ガス流れは縮流圧損
がほとんど生じないにもかかわらず、ガスの混合、撹拌
性能が向上し、かつ目づまりがほとんどなくなる。
凹凸部内を流れるガス流れは、前記切り取り部又は切断
部を通して流路の変更、流れの合流および再分配、ガス
の撹拌が行なわれる。これにより、ガス流れは縮流圧損
がほとんど生じないにもかかわらず、ガスの混合、撹拌
性能が向上し、かつ目づまりがほとんどなくなる。
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
第1図から第3図は本発明の積層形燃料電池用セパレー
タの製作方法を実施したセパレータの構造を示した第1
実施例に係り、第2図は本発明に係るセパレータを装着
した積層形燃料電池を示したもので、積層形燃料電池1
は平板状の電解質板2、正極板(カソード電極)3、負
極板(アノード電極)5およびセパレータ6を多数積層
してなっている。セパレータ6は、第1図に詳細に示す
ように、仕切り板8と、第1および第2の波板9゜10
とからなっており、仕切り板8は金属製で平板状に形成
されている。
タの製作方法を実施したセパレータの構造を示した第1
実施例に係り、第2図は本発明に係るセパレータを装着
した積層形燃料電池を示したもので、積層形燃料電池1
は平板状の電解質板2、正極板(カソード電極)3、負
極板(アノード電極)5およびセパレータ6を多数積層
してなっている。セパレータ6は、第1図に詳細に示す
ように、仕切り板8と、第1および第2の波板9゜10
とからなっており、仕切り板8は金属製で平板状に形成
されている。
第1の波板9は、複数の波板9A、9B、9G。
・・・・・・からなっている、該波板9A、9B、9C
。
。
・・・・・・は、金属製平板からなり、その表面は塑性
加工により波形状の凹凸部11に成形され、凹部である
溝部12と凸部であるリブ部13とは互いに平行になる
ように形成されており、溝部12の底面およびリブ部1
3の頂面は、平担部12a、13aとなっている。そし
て、各波板9A、9B。
加工により波形状の凹凸部11に成形され、凹部である
溝部12と凸部であるリブ部13とは互いに平行になる
ように形成されており、溝部12の底面およびリブ部1
3の頂面は、平担部12a、13aとなっている。そし
て、各波板9A、9B。
9G、・・・・・・は隣接する凹凸部11位置が異なる
ように、かつ所定の間隔をおいて互いに平行に仕切り板
8上面に金属的に接合されており、溝部12およびリブ
部13の中空部13bが燃料ガス流路15となっている
。
ように、かつ所定の間隔をおいて互いに平行に仕切り板
8上面に金属的に接合されており、溝部12およびリブ
部13の中空部13bが燃料ガス流路15となっている
。
第2の波板10は、第1の波板9と同様、金属製平板か
らなり、その表面は塑性加工により波形状の凹凸部16
に成形されている。凹部である溝部18と凸部であるリ
ブ部19とは互いに平行になるように形成されており、
溝部18の底面およびリブ部19の頂面は、平担部18
a、19aとなっている。そして第2の波板10は、凹
凸部16が第1の波板9の凹凸部11と直交するように
。
らなり、その表面は塑性加工により波形状の凹凸部16
に成形されている。凹部である溝部18と凸部であるリ
ブ部19とは互いに平行になるように形成されており、
溝部18の底面およびリブ部19の頂面は、平担部18
a、19aとなっている。そして第2の波板10は、凹
凸部16が第1の波板9の凹凸部11と直交するように
。
仕切り板8の下面に金属的に接合されており、溝部18
およびリブ部19の中空部19bが酸化剤ガス流路20
となっている。また第2の波板10には、凹凸部16に
直交してリブ部19の一部を切り取った切り取り部21
が形成されている。そして、第1、第2の波板9,10
を仕切り板8に接合するに際しては、第1、第2の波板
9,10と仕切り板8との間に50〜100μmの箔状
に圧延したろう材を挾み、これらを同時に又は個別に抵
抗溶接によって仮付けした後、雰囲気炉又は真空炉中で
−括ろう付けする。
およびリブ部19の中空部19bが酸化剤ガス流路20
となっている。また第2の波板10には、凹凸部16に
直交してリブ部19の一部を切り取った切り取り部21
が形成されている。そして、第1、第2の波板9,10
を仕切り板8に接合するに際しては、第1、第2の波板
9,10と仕切り板8との間に50〜100μmの箔状
に圧延したろう材を挾み、これらを同時に又は個別に抵
抗溶接によって仮付けした後、雰囲気炉又は真空炉中で
−括ろう付けする。
第4図から第6図は第1、第2の波板9,10の種々の
凹凸部11.16の形状を示したもので、第1の波板9
のみを図示し、第2の波形10の図示は省略するが、第
2の波形10は第1の波形9と同一の凹凸の形状にする
か、又は仕切り板8の一部に凹凸部を設けて第2の波形
10の凹凸部16と同一の機能をもたせる。
凹凸部11.16の形状を示したもので、第1の波板9
のみを図示し、第2の波形10の図示は省略するが、第
2の波形10は第1の波形9と同一の凹凸の形状にする
か、又は仕切り板8の一部に凹凸部を設けて第2の波形
10の凹凸部16と同一の機能をもたせる。
第4図は、凹凸部11が非対称形、矩形状の波板9の場
合を示したもので、仕切り板8と負極板5で仕切られた
燃料カス流路15を燃料ガスが流れる。燃料ガスの大部
分は、負極板5の表面と接する流路を流れるため、発電
反応に寄与するガス流量が多くなる。しかも、リブ部1
3の頂面は負極板5との電気的接触を確実にするように
平担部13aとなっている。
合を示したもので、仕切り板8と負極板5で仕切られた
燃料カス流路15を燃料ガスが流れる。燃料ガスの大部
分は、負極板5の表面と接する流路を流れるため、発電
反応に寄与するガス流量が多くなる。しかも、リブ部1
3の頂面は負極板5との電気的接触を確実にするように
平担部13aとなっている。
第5図は、凹凸部11が対称形台形状の波板9の場合を
示したもので、第4図の波板9と比較して成形が容易で
製作費用を安くすることができる上に、電池性能もほぼ
同等である。
示したもので、第4図の波板9と比較して成形が容易で
製作費用を安くすることができる上に、電池性能もほぼ
同等である。
第6図は非対称形台形状の波板9の場合を示したもので
あり、第4図の波板9と比較して成形が容易であり、か
つ平担部13aを広くすることができる。
あり、第4図の波板9と比較して成形が容易であり、か
つ平担部13aを広くすることができる。
つぎに、本発明の第1実施例の作用を説明する。
燃料ガスは、燃料ガス流路15に沿って第1の波板9の
溝部12および中空部13bを流れると共に、ガスの流
れに伴って溝部12から中空部13bへ、中空部13b
から溝部12へと順次流れる位置が変化する。同様に酸
化剤ガスは、酸化剤ガス流路20に沿い切り取り部21
を通って第2の波板10の溝部18から中央部19bへ
、中空部19bから溝部18へと順次流れる位置が変化
する。
溝部12および中空部13bを流れると共に、ガスの流
れに伴って溝部12から中空部13bへ、中空部13b
から溝部12へと順次流れる位置が変化する。同様に酸
化剤ガスは、酸化剤ガス流路20に沿い切り取り部21
を通って第2の波板10の溝部18から中央部19bへ
、中空部19bから溝部18へと順次流れる位置が変化
する。
第1、第2の波板9.10の凹凸部11.16の傾斜部
は、燃料ガス流路15および酸化剤ガス流路20内に切
片状にガス流れと平行に配列されている。従って、第1
、第2の波板9,10はガス流路断面積をほとんど増減
させることなく、ガス流路断面積を一定に保つことがで
きる。さらに、燃料電池1内で燃料ガスおよび酸化剤ガ
スが順次反応して消費された場合に、第1、第2の波板
9゜10は、これらのガスの濃度分布の不均一を解消す
るようにガスの混合、撹拌が促進される。
は、燃料ガス流路15および酸化剤ガス流路20内に切
片状にガス流れと平行に配列されている。従って、第1
、第2の波板9,10はガス流路断面積をほとんど増減
させることなく、ガス流路断面積を一定に保つことがで
きる。さらに、燃料電池1内で燃料ガスおよび酸化剤ガ
スが順次反応して消費された場合に、第1、第2の波板
9゜10は、これらのガスの濃度分布の不均一を解消す
るようにガスの混合、撹拌が促進される。
また本発明のセパレータ6は、第1、第2の波板9,1
0をガス流路として利用しており、セパレータ6の両側
に取り付けられた正極板3および負極板5と仕切り板8
で仕切られた空間の大部分をガス流路として利用するこ
とができ、空間の無駄がほとんど生じない6従って、燃
料電池1のセパレータ6の積層方向高さを従来のものよ
り薄くすることができ、燃料電池1が小形となる6さら
に本発明のセパレータ6は、前述のように、ガス流路断
面積が広く、かつガスの混合、撹拌性能に優れているた
め。
0をガス流路として利用しており、セパレータ6の両側
に取り付けられた正極板3および負極板5と仕切り板8
で仕切られた空間の大部分をガス流路として利用するこ
とができ、空間の無駄がほとんど生じない6従って、燃
料電池1のセパレータ6の積層方向高さを従来のものよ
り薄くすることができ、燃料電池1が小形となる6さら
に本発明のセパレータ6は、前述のように、ガス流路断
面積が広く、かつガスの混合、撹拌性能に優れているた
め。
(1)燃料電池1内のガス流速を遅くすることができ、
ガスは長時間発電反応に寄与することができる。
ガスは長時間発電反応に寄与することができる。
(2) ガス濃度分布の不均一な部分が少なくなり、
全体が均一に、かつ発電反応にガスが十分に利用される
。
全体が均一に、かつ発電反応にガスが十分に利用される
。
(3) ガスが、頻繁に合流、再分配が繰り返される
ので、目づまりが生じない。
ので、目づまりが生じない。
セパレータ6の積層方向の高さは、第1、第2の波板9
,10の凹凸部11.16の高さと仕切り板8の板厚お
よび第1、第2の波板9,10と仕切り板8の接合層厚
さの和である。仕切り板8の板厚と接合層厚さは、極め
て高い寸法精度で再現でき、かつその寸法のばらつきは
少ない、一方、第1、第2の波板9,10の凹凸部11
.16の高さは、塑性加工で成形されているため、寸法
精度が良く、かつばらつきも少ない。従って、セパレー
タ6の積層方向の高さの精度、換言すれば接触面の平面
度が極めて良好となる。
,10の凹凸部11.16の高さと仕切り板8の板厚お
よび第1、第2の波板9,10と仕切り板8の接合層厚
さの和である。仕切り板8の板厚と接合層厚さは、極め
て高い寸法精度で再現でき、かつその寸法のばらつきは
少ない、一方、第1、第2の波板9,10の凹凸部11
.16の高さは、塑性加工で成形されているため、寸法
精度が良く、かつばらつきも少ない。従って、セパレー
タ6の積層方向の高さの精度、換言すれば接触面の平面
度が極めて良好となる。
なお、第1図に示すセパレータ6において、第1、第2
の波板11.16のトンネル状空間部である燃料ガス流
路15および酸化剤ガス流路20の一部に、せき止め部
分を設けることにより仕切り板8の両面を流れるガス流
れの混合、撹拌および分配性能が改善される。その結果
、セパレータ6表面を流れる反応ガスの流量分布および
有効ガスの濃度分布が均一化され、電気化学反応に寄与
する反応ガス量が増加し、燃料電池1の電気化学反応が
促進される。また燃料電池1を通過する反応ガス中の有
効ガス成分が効率良く電気化学反応に消費されるため、
反応ガスのガス利用率およびエネルギー変換効率が向上
するとともに、燃料電池1の発電性能が向上する。また
第1、第2の波板9,10のトンネル状空間部の中で、
燃料電池1から反応ガスを排出する排出口近傍のものを
すべてせき止めることにより、すべての反応ガスは、正
、負極板3,5と直接接触するガス流路を流れるように
なるから、電気化学反応に供される。従って、トンネル
状空間部を通して未反応のまま燃料電池1を通過する反
応ガスがなくなり、すべての反応ガススが電気化学反応
に使われるため1反応ガス利用率が向上する。
の波板11.16のトンネル状空間部である燃料ガス流
路15および酸化剤ガス流路20の一部に、せき止め部
分を設けることにより仕切り板8の両面を流れるガス流
れの混合、撹拌および分配性能が改善される。その結果
、セパレータ6表面を流れる反応ガスの流量分布および
有効ガスの濃度分布が均一化され、電気化学反応に寄与
する反応ガス量が増加し、燃料電池1の電気化学反応が
促進される。また燃料電池1を通過する反応ガス中の有
効ガス成分が効率良く電気化学反応に消費されるため、
反応ガスのガス利用率およびエネルギー変換効率が向上
するとともに、燃料電池1の発電性能が向上する。また
第1、第2の波板9,10のトンネル状空間部の中で、
燃料電池1から反応ガスを排出する排出口近傍のものを
すべてせき止めることにより、すべての反応ガスは、正
、負極板3,5と直接接触するガス流路を流れるように
なるから、電気化学反応に供される。従って、トンネル
状空間部を通して未反応のまま燃料電池1を通過する反
応ガスがなくなり、すべての反応ガススが電気化学反応
に使われるため1反応ガス利用率が向上する。
なお、第1、第2の波板9,10のトンネル状空間部を
せき止めるには、金属部材又は非金属部材をトンネル状
空間部に挿入した後で接合又はがしめる方法、粉体又は
液体状の金属部材又は非金属部材を焼結、溶融固体化す
る方法、金属部材又は非金属部材と有機質又は無機質接
着剤を混合して接着する方法等、各種のせき止め方法が
可能である。
せき止めるには、金属部材又は非金属部材をトンネル状
空間部に挿入した後で接合又はがしめる方法、粉体又は
液体状の金属部材又は非金属部材を焼結、溶融固体化す
る方法、金属部材又は非金属部材と有機質又は無機質接
着剤を混合して接着する方法等、各種のせき止め方法が
可能である。
第7図および第8図は、本発明に係る第2実施例を示し
たものである。
たものである。
広幅、大面積の第1、第2の波板9,10は、第1図に
示したものと同様に、凹凸部11.16の頂面および底
面に平担部13a、19aおよび12a、18aが形成
されている。このような第1、第2の波板9,1oと仕
切り板8の接触部分をろう付け、抵抗溶接、レーザ溶接
等の金属的接合方法により接合した後、第1、第2の波
板9゜10の凹凸部11.16とほぼ直交する方向に該
凹凸部11.16の一部を切欠いて切欠き部31を形成
する。この切欠き部31により溝部12゜18と中空部
13b、19bとを連通ずるガス流路が形成される。
示したものと同様に、凹凸部11.16の頂面および底
面に平担部13a、19aおよび12a、18aが形成
されている。このような第1、第2の波板9,1oと仕
切り板8の接触部分をろう付け、抵抗溶接、レーザ溶接
等の金属的接合方法により接合した後、第1、第2の波
板9゜10の凹凸部11.16とほぼ直交する方向に該
凹凸部11.16の一部を切欠いて切欠き部31を形成
する。この切欠き部31により溝部12゜18と中空部
13b、19bとを連通ずるガス流路が形成される。
第2実施例のセパレータ6によれば、切欠き部31の部
分を通して波形9,10の溝部12,18から中空部1
3b、19b、逆に中空部13b。
分を通して波形9,10の溝部12,18から中空部1
3b、19b、逆に中空部13b。
19bから溝部12,18へとガス流れの混合および流
路変更が行われるから、ガスの混合、撹拌および分配性
能が良くなる。第1、第2の波板9゜10と仕切り板8
とにより形成されるトンネル状空間部にある反応ガスは
、電極板と直接接触していないので、電気化学反応に寄
与しない。一方。
路変更が行われるから、ガスの混合、撹拌および分配性
能が良くなる。第1、第2の波板9゜10と仕切り板8
とにより形成されるトンネル状空間部にある反応ガスは
、電極板と直接接触していないので、電気化学反応に寄
与しない。一方。
第1、第2の波板9,10表面と電極板と直接接触する
部分の反応ガスは、電気化学反応により反応ガス中の有
効ガス成分が消費されて有効ガスの割合が少なくなるが
1本実施例のセパレータ6によれば、切欠き部31を通
して、一応、ガスの混合、撹拌および分配行われる。
部分の反応ガスは、電気化学反応により反応ガス中の有
効ガス成分が消費されて有効ガスの割合が少なくなるが
1本実施例のセパレータ6によれば、切欠き部31を通
して、一応、ガスの混合、撹拌および分配行われる。
なお、本実施例セパレータ6において、第1゜第2の波
形9,100トンネル状空間部の一部を金属部材又は非
金属部材によって塞ぎガス流れをせき止めるならば、ト
ンネル状空間部を流れるガス流れは強制的にせき止めら
れるから、この近傍の第1、第2の波板9,10の切欠
き部31において、トンネル状空間部から未反応ガスの
排出およびトンネル状空間部への反応剤ガスの流入がお
こる。その結果0反応ガスの混合、撹拌および分配性能
に優れたセパレータが得られる。
形9,100トンネル状空間部の一部を金属部材又は非
金属部材によって塞ぎガス流れをせき止めるならば、ト
ンネル状空間部を流れるガス流れは強制的にせき止めら
れるから、この近傍の第1、第2の波板9,10の切欠
き部31において、トンネル状空間部から未反応ガスの
排出およびトンネル状空間部への反応剤ガスの流入がお
こる。その結果0反応ガスの混合、撹拌および分配性能
に優れたセパレータが得られる。
第9図および第10図は、本発明の第3実施例に係り、
仕切り板8の表面にプレス加工により多数の凸部8aお
よび凹部8bが成形されており、仕切り板80両面に取
り付けられた第1、第2の波板9,10の波形の一部に
、仕切り板8の凸部8aおよび凹部8bを嵌入させる。
仕切り板8の表面にプレス加工により多数の凸部8aお
よび凹部8bが成形されており、仕切り板80両面に取
り付けられた第1、第2の波板9,10の波形の一部に
、仕切り板8の凸部8aおよび凹部8bを嵌入させる。
これによって第1、第2の波板9,10と仕切り板8に
より形成されるトンネル状空間部を、これらの凸部8a
および凹部8bでせき止めるか又は空間部を狭くするこ
とにより、セパレータ6の表面を流れるガス流れの混合
、撹拌および分配性能が改善される。
より形成されるトンネル状空間部を、これらの凸部8a
および凹部8bでせき止めるか又は空間部を狭くするこ
とにより、セパレータ6の表面を流れるガス流れの混合
、撹拌および分配性能が改善される。
また第2実施例と同様、切欠き部31が形成されている
。本実施例によれば、1枚の仕切り板8と2枚の波板9
,10とによりセパレータ6を製作することができるの
で、セパレータ6の製作が容易で、かつ製作費を低減さ
せることができる。
。本実施例によれば、1枚の仕切り板8と2枚の波板9
,10とによりセパレータ6を製作することができるの
で、セパレータ6の製作が容易で、かつ製作費を低減さ
せることができる。
第11図および第12図は本発明の第4実施例に係り、
金属製平板320表面に適宜の幅および間隔をもって複
数の切欠き部33をプレス加工する。つぎに、対向する
2個の切欠き部33により形成される平板32の各切片
部35を平板32の少なくとも一面、例えば両面に張出
し成形させるか又は折曲げ成形させて、複数の凹凸部3
6を形成する。この凹凸部36は、互いに平行で、かつ
並列状(又は千鳥状)に配置されている。このように形
成された第1、第2の波形9,1oにより流路の全面で
ほぼ同じ流路断面積を維持することができ、反応ガス流
れの圧力損失増加を抑えることができる。
金属製平板320表面に適宜の幅および間隔をもって複
数の切欠き部33をプレス加工する。つぎに、対向する
2個の切欠き部33により形成される平板32の各切片
部35を平板32の少なくとも一面、例えば両面に張出
し成形させるか又は折曲げ成形させて、複数の凹凸部3
6を形成する。この凹凸部36は、互いに平行で、かつ
並列状(又は千鳥状)に配置されている。このように形
成された第1、第2の波形9,1oにより流路の全面で
ほぼ同じ流路断面積を維持することができ、反応ガス流
れの圧力損失増加を抑えることができる。
第13図および第14図は本発明の第5実施例に係り、
第4実施例と同様、平板39の表面に適宜の幅および間
隔をもって複数の切欠き部4oをプレス加工゛する。つ
ぎに、2ケの切欠き部40で形成される平板39の各切
片部41を平板39の一面に張出し成形させて複数の凹
凸部43を形成する。この凹凸部43は互いに平行で並
列状(又は千鳥状)に配置されている。このように形成
された波板9の各切欠き部40には、第13図に示すよ
うに切片部41の一部を交互に反対方向に切り起こした
切り起こし部46が臨んでいる。この切り起こし部46
によって、反応ガスの流れは、波板9の表側(四部45
)から裏側(凸部43の中空部43a)、裏側から表側
へと順次曲げられる6そして、反応ガスの流れ方向が曲
げられた部分では、流量の5〜8割が強制的に流路変更
を強いられ、残りがそのまま流路を流れる。この結果、
本実施例によれば、反応ガスの混合、撹拌性能の優れた
セパレータが得られる。その上、第4実施例と同様、流
路の全面でほぼ同じ流路断面積を維持することができ、
反応ガス流れの圧力損失増加を抑えることができる。
第4実施例と同様、平板39の表面に適宜の幅および間
隔をもって複数の切欠き部4oをプレス加工゛する。つ
ぎに、2ケの切欠き部40で形成される平板39の各切
片部41を平板39の一面に張出し成形させて複数の凹
凸部43を形成する。この凹凸部43は互いに平行で並
列状(又は千鳥状)に配置されている。このように形成
された波板9の各切欠き部40には、第13図に示すよ
うに切片部41の一部を交互に反対方向に切り起こした
切り起こし部46が臨んでいる。この切り起こし部46
によって、反応ガスの流れは、波板9の表側(四部45
)から裏側(凸部43の中空部43a)、裏側から表側
へと順次曲げられる6そして、反応ガスの流れ方向が曲
げられた部分では、流量の5〜8割が強制的に流路変更
を強いられ、残りがそのまま流路を流れる。この結果、
本実施例によれば、反応ガスの混合、撹拌性能の優れた
セパレータが得られる。その上、第4実施例と同様、流
路の全面でほぼ同じ流路断面積を維持することができ、
反応ガス流れの圧力損失増加を抑えることができる。
上記燃料電池用セパレータ6は、仕切り板8の両面にそ
れぞれ第1、第2の波板9,10を取り付けると共に、
両面を流れるガスの流路が互いに直交する場合の例を示
したが1本発明のセパレータ6は、この形状に限定され
るものではない、即ち、セパレータ6の両面を流れるガ
スの流路が互いに同一方向に対して平行な場合や反対方
向に対して平行な場合、さらに、セパレータ6の一面又
は両面を流れるガス流路がセパレータ6面内において反
転する場合および斜向する場合にも本発明を適用するこ
とができる。
れぞれ第1、第2の波板9,10を取り付けると共に、
両面を流れるガスの流路が互いに直交する場合の例を示
したが1本発明のセパレータ6は、この形状に限定され
るものではない、即ち、セパレータ6の両面を流れるガ
スの流路が互いに同一方向に対して平行な場合や反対方
向に対して平行な場合、さらに、セパレータ6の一面又
は両面を流れるガス流路がセパレータ6面内において反
転する場合および斜向する場合にも本発明を適用するこ
とができる。
また、仕切り板8の一面にのみ凸部を張出して成形し、
他面を平面状とした平面部に、波板を取り付けてセパレ
ータ構造とする場合についても本発明を適用させること
ができる。また、公知技術であるセパレータと電極板間
に孔あきの金属製薄板(コレクタ)を介在させて、この
薄板でセパレータと電極板間の接触電気抵抗を低減させ
る構造の燃料電池においても、本発明を適用させること
ができる。
他面を平面状とした平面部に、波板を取り付けてセパレ
ータ構造とする場合についても本発明を適用させること
ができる。また、公知技術であるセパレータと電極板間
に孔あきの金属製薄板(コレクタ)を介在させて、この
薄板でセパレータと電極板間の接触電気抵抗を低減させ
る構造の燃料電池においても、本発明を適用させること
ができる。
上述のとおり、本発明によれば、セパレータと電極板間
の接触電気抵抗が小さくなるので、接触電気抵抗による
内部損失が少ない燃料電池を実現することができる。ま
た本発明に係るセパレータを組み込んだ燃料電池は、反
応ガスの混合、撹拌性能に優れ、かつセパレータ表面の
ガス流量分布および濃度分布が均一であるので、燃料電
池の発電性能が高く、かつ反応ガスのガス利用率および
エネルギー変換効率が向上するという効果がある。
の接触電気抵抗が小さくなるので、接触電気抵抗による
内部損失が少ない燃料電池を実現することができる。ま
た本発明に係るセパレータを組み込んだ燃料電池は、反
応ガスの混合、撹拌性能に優れ、かつセパレータ表面の
ガス流量分布および濃度分布が均一であるので、燃料電
池の発電性能が高く、かつ反応ガスのガス利用率および
エネルギー変換効率が向上するという効果がある。
また成形が容易で5かつ寸法精度の良好な塑性加工でセ
パレータ用波板が得られるので、品質良好で、かつ製作
コストの安い燃料電池用セパレータを製作することがで
きる。さらに燃料電池内に供給すべきガス流量を少なく
できると共に、燃料電池内の圧力損失が少ないので、燃
料電池用ガス供給装置の送風機を小形にすることができ
ると共に、送風機電力量を少なくすることができる。ま
た電極板と仕切り板で仕切られた空間部がすべてガス流
路として利用することができるので、燃料電池の積層方
向高さを従来のものより薄くすることができ、燃料電池
は小形化、高性能化させることができる。
パレータ用波板が得られるので、品質良好で、かつ製作
コストの安い燃料電池用セパレータを製作することがで
きる。さらに燃料電池内に供給すべきガス流量を少なく
できると共に、燃料電池内の圧力損失が少ないので、燃
料電池用ガス供給装置の送風機を小形にすることができ
ると共に、送風機電力量を少なくすることができる。ま
た電極板と仕切り板で仕切られた空間部がすべてガス流
路として利用することができるので、燃料電池の積層方
向高さを従来のものより薄くすることができ、燃料電池
は小形化、高性能化させることができる。
第1図から第3図は本発明の第1実施例に係り、第1図
はセパレータの斜視図、第2図は積層形燃料電池の縦断
面図、第3図は波板の斜視図、第4図から第6図は波板
の凹凸部形状を示す縦断面図、第7図および第8図は本
発明の第2実施例に係り、第7図はセパレータの平面図
、第8図は第7図の■−■矢視縦断面図、第9図および
第10図は本発明の第3実施例に係り、第9図は仕切り
板の斜視図、第1o図はセパレータの縦断面図、第11
図および第12図は本発明の第4実施例に係り。 第11図は波板の平面図、第12図は第11図の■−■
矢視縦断面図、第13図および第14図は本発明の第5
実施例に係り、第13図は波板の平面図、第14図は第
13図のXIV−XIV矢視縦断面図、第15図は燃料
電池の出力特性図である。 1・・・積層形燃料電池、3・・・正極板、5・・・負
極板、6・・・セパレータ、8・・・仕切り板、9.1
0・・・波板、11.16・・・凹凸部、12a、13
a、18a、19a・・・平担部、15・・・燃料ガス
通路、20・・・酸化剤ガス通路。
はセパレータの斜視図、第2図は積層形燃料電池の縦断
面図、第3図は波板の斜視図、第4図から第6図は波板
の凹凸部形状を示す縦断面図、第7図および第8図は本
発明の第2実施例に係り、第7図はセパレータの平面図
、第8図は第7図の■−■矢視縦断面図、第9図および
第10図は本発明の第3実施例に係り、第9図は仕切り
板の斜視図、第1o図はセパレータの縦断面図、第11
図および第12図は本発明の第4実施例に係り。 第11図は波板の平面図、第12図は第11図の■−■
矢視縦断面図、第13図および第14図は本発明の第5
実施例に係り、第13図は波板の平面図、第14図は第
13図のXIV−XIV矢視縦断面図、第15図は燃料
電池の出力特性図である。 1・・・積層形燃料電池、3・・・正極板、5・・・負
極板、6・・・セパレータ、8・・・仕切り板、9.1
0・・・波板、11.16・・・凹凸部、12a、13
a、18a、19a・・・平担部、15・・・燃料ガス
通路、20・・・酸化剤ガス通路。
Claims (11)
- (1)金属製平板を塑性加工により頂面に平担部を有し
、かつ波形状の凹凸部を有する波板に成形し、金属製の
仕切り板の少なくとも一面に前記波板の底面を金属的に
接合させた後、前記波板の凹凸部とほぼ直交する方向で
該凹凸部の一部を切り取る積層形燃料電池用セパレータ
の製造方法。 - (2)前記波板を前記仕切り板に金属的に接合させた後
、前記波板の凹凸部で形成されたトンネル状の空間部の
一部に金属部材又は非金属部材をつめ込み、前記空間部
の一部を封止する特許請求の範囲第1項記載の積層形燃
料電池用セパレータの製造方法。 - (3)前記金属製平板が複数の孔を貫通した孔あき平板
である特許請求の範囲第1項記載の積層形燃料電池用セ
パレータの製造方法。 - (4)波形状の凹凸部を有し、かつ頂面に平担部を有す
る金属製の複数の波板が金属製の仕切り板上にその凹凸
部を互いに平行にして配列され、前記仕切り板との接触
面が金属的に接合された積層形燃料電池用セパレータ。 - (5)前記複数の波板が、ガス流路方向に沿って互いに
2種類以上の異なった間隔をもって配列された特許請求
の範囲第4項記載の積層形燃料電池用セパレータ。 - (6)前記仕切り板の少なくとも一面に凸部を張出し成
形し、該凸部に前記波形の凹凸部を嵌入させた特許請求
の範囲第4項記載の積層形燃料電池用セパレータ。 - (7)前記波板の平担部が、積層面とほぼ平行である特
許請求の範囲第4項記載の積層形燃料電池用セパレータ
。 - (8)金属製の仕切り板の少なくとも一面に波形状の凹
凸部を有する波板を取り付け、該波板の凹凸部により形
成された空間部をガス流路とすると共に前記波板の凹凸
部の一部に該凹凸部に直交する切取り部を切り取り形成
した積層形燃料電池用セパレータ。 - (9)前記波板が複数に分割され、ガス流路方向に沿っ
て互いに2種類以上の異った間隔をもって配列された特
許請求の範囲第8項に記載の積層形燃料電池用セパレー
タ。 - (10)金属製平板に平行に複数の切欠き部を設け、対
向する2個の前記切欠き部間の切片部を前記平板の少な
くとも一面上に張出して波形状の凹凸部を成形した波板
が、金属製の仕切り板に金属的に接合された積層形燃料
電池用セパレータ。 - (11)前記切欠き部間の切片部の一部を切りおこして
形成された切起し部を前記切欠き部内に臨ませた特許請
求の範囲第10項記載の積層形燃料電池用セパレータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61232750A JPH0810600B2 (ja) | 1986-09-30 | 1986-09-30 | 積層形燃料電池用セパレータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61232750A JPH0810600B2 (ja) | 1986-09-30 | 1986-09-30 | 積層形燃料電池用セパレータ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6386361A true JPS6386361A (ja) | 1988-04-16 |
JPH0810600B2 JPH0810600B2 (ja) | 1996-01-31 |
Family
ID=16944170
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61232750A Expired - Lifetime JPH0810600B2 (ja) | 1986-09-30 | 1986-09-30 | 積層形燃料電池用セパレータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0810600B2 (ja) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1986-09-30 JP JP61232750A patent/JPH0810600B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0810600B2 (ja) | 1996-01-31 |
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