JPS6398964A - 燃料電池 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は燃料電池に係わり、特に集電及び冷却機能を有
するプレートの構造を改良した燃料電池に関する。

（従来の技術） 従来、燃料の有しているエネルギーを直接電気的エネル
ギーに変換する装置として燃料電池が知られている。こ
の燃料電池は通常、電解質を挾んで一対の多孔質電極を
配置するとともに、一方の電極の背面に水素等の流体燃
料を接触させ、また他方の電極の背面に酸素等の流体酸
化剤を接触させ、このとき起こる電気料学的反応を利用
して、上記電極間から電気エネルギーを取り出すように
したものであり、箭記燃料と酸化剤が供給されている限
り高い変換効率で電気エネルギーを取り出すことができ
るものである。

ところで、上記のような原理に基づく、特にリン酸を電
解質とした燃料電池の単位セルは、第４図に示すように
構成されており、またこの単位セルを複数個積層するこ
とによって、第５図に示すように燃料電池装置全体を構
成している。

すなわち、第４図において単位セルは、電解質を含浸し
たマトリックス１を境にして両側に多孔質体で形成され
触媒が付加されているリブ付電極２．３（通常炭素材か
ら成る）を配置し、またこのリブ付電極２，３は触媒付
加面の反対面にそれぞれ流体燃料または流体酸化剤の流
通路４，５を有している。さらに１両リブ付電極２，３
のマトリックス１と反対側の背面には、それぞれセパレ
ータ６を配置しでいる。このように、マトリックス１、
リブ付電極２，３およびセパレータ６を積層し、この状
態でそれぞれリブ付電極２，３の流体燃料流通路および
流体酸化剤流通路の両端開口だけを残し、各積層端面部
を気密にシールして単位セルを構成している。

第４図のように構成された単位セルは複数個積層され、
第５図に示すように単位セル間の電気的導通を得るため
に、締付具１０により所定圧で締付けられた後に、この
積層体の１つの対向する端面の一方に燃料供給口１１を
有したマニホルド１２と、他の燃料排出口１３を有した
マニホルド１４とが当てがわれ、また他の対向する端面
の一方に酸化剤供給口１５を有したマニホルド１６と、
他方に酸化剤排出口１７を有したマニホルド１８とが当
てがわれ、これらマニホルド１２．１４．１６．１８が
ボルト等で締付けられて気密保持され、これによって燃
料電池装置１９が構成されている。したがってこの燃料
電池装置１９によると、燃料供給口１１から流体燃料を
供給すると、この燃料は各単位セルの流路４を分流して
多孔性のリブ付電極２の背面に接しながら流れ、その後
燃料排出口１３から排出される。また酸化剤供給口１５
から流体酸化剤を供給すると、この酸化剤は各単位セル
の流通路５を分流して多孔性のリブ付電極３の背面に接
触しながら流れ、その後酸化剤排出口１７から排出され
ることになり、そのとき流体燃料と流体酸化剤とはそれ
ぞれ拡散によって多孔性のリブ付電極２，３内に供給さ
れ。

燃料電池としての電気エネルギーを発生する。なお、図
では出力端子を省略しである。

ところで、上述した燃料電池にあっては、電気エネルギ
ーへの変換効率は約５０％であり残りのほとんどが熱エ
ネルギーとしてセル部分に発生する。

この運転時における単位セル部分の発熱による温度上昇
のために、触媒のシリンタリングによる劣化、及び電解
液の飛散の増大などにより、電池の性能低下が起る。こ
れを防止するために数個のセル毎に、第６図に示すよう
に冷却プレート３０を配設し、単セル内部の発熱を外部
に取り出して電池温度の過度の−Ｌ昇を防止している。

この冷却プレートはセル積層方向に高い熱伝導性及び電
気伝導性を有し、また耐リン酸性、耐熱性ならびに寸法
安定性が要求される。このために一般には、熱硬化性の
樹脂と黒鉛粒子を混合成形したものや、黒鉛板に樹脂を
含浸しガスの不浸透化を行なった部材に機械加工をして
、冷却管を伝熱性の高い物質で埋込み、更に同じ部材の
合せ板を導電性の高い接着剤で貼り合せることにより形
成されている（例えば、特開昭５８−１６６６６１）。

（発明が解決しようとする問題点） この冷却プレートは、第３図に示すように不浸透黒鉛板
の場合、冷却管理設用溝４１加工及び冷却プレート製造
工程において必要な強度を維持するために、溝加工にお
ける残肉は大きく取る必要がある。たとえば横巾７００
ｍｍ、縦ｒｊ１６００ｍｍの筒面を有する冷却プレート
３０では、冷却管の外径を３０１１１とした場合、残肉
は３ｍｎ＋以上も必要である。また冷却プレート合せ板
についても３ＩＩＩＩ１１以北の厚みのものが使用され
ていた。このために従来得られた冷却プレートの厚みは
１０３ｆｆｉ以上有していた。

また燃料電池装置においては、冷却プレート３０は通常
は５〜７セルに一枚使用されるために発電に関与しない
冷却プレートの空間占有体積が大きく、限られた一定の
積層高さの範囲ではセルの積層数を少くなくせざるを得
なく、また、冷却プレート３０を構成する黒鉛板の密度
が大きく、電池自体の重量が大きくなる問題点があった
。

本発明は、以」二のような点にかんがみてなされたもの
で、その目的とするところは、従来の冷却プレートと同
様の冷却能力を有し、かつ厚みの小さい、重量のさい冷
却プレートを備えた燃料電池を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、その実施図面第１図及び第２図に示すように
、冷却管４２を結晶性の高いリンペン状黒鉛を酸処理し
、高温で急激な熱処理をして膨張させて得られる膨張黒
鉛５０で圧縮埋込保持し、更に冷却管４２と平行方向に
両端に不浸透黒鉛板５１を備えた下部グラッシーカーボ
ン板５２に上記圧縮埋込体を取つけ更に、上部用グラッ
シーカーボン板５３を取りつけることにより構成される
。

（作　　用） このように構成されたものにおいては、膨張黒鉛の圧縮
体自体が非常に高い可どう性を有し、冷却パイプ４２と
同外径近くまで厚みを薄くできる。

またグラッシーカーボン板５２．５３は最大０．６＋ｍ
あれば、十分である。これを組合せて得られる冷却板は
冷却パイプ４２を外径３１ｍｌ１とすると、冷却プレー
トの厚みは５ｍｍ前後となり従来の黒鉛板を使用した冷
却プレート３０に比して半分程度の厚みにすることが可
能であり、また重量的にも半分以下の軽量化が計れる。

また、両端に本浸透黒鉛板５１を設けであるために冷却
プレート内部層を通しての反応ガスの混合が防止でき、
更には、不浸透黒鉛板５１の強度・安定性のために形状
の保持も可能となる。

〔実　施　例〕

以下、本発明を図面に示す具体的な一実施例に基づいて
説明する。第１図は本発明による冷却プレート３０の構
成例を分解斜視図にて示したものであり、第２図は、本
発明による冷却プレート３０の構成例を断面図にて示し
たものである。

図において、結晶性の高いリンペン状黒鉛を酸処理を行
ない得られる黒鉛層間加合物を９５０℃〜１０００℃高
温度で急熱して得られる膨張黒鉛の粉末（かさ密度約０
．００５ｇ／ａＪ）を金型を用い０．２ｇ／ｃｄ−１２
ｍｍ厚さの１次成形体を作る。次にこの１次成形体の上
に冷却パイプ（本実施例では外径３＋＋ｍ）　４２を乗
せ更に同じ１次成形体を乗せ熱間で圧縮成形を行ない厚
み３．８ｍｍの圧縮成形体を得る。次に、０．６ｍｍ厚
さを有する下部グラッシーカーボン板５２に上記圧縮成
形体と同じ厚みを有する端部用不浸透黒鉛板を成形圧縮
体の冷却管４２と平行方向にかつ成形圧縮体の冷却管と
直角方向の幅と等しい長さを有する間隔でフェノール樹
脂系レゾールタイプ接着剤（例えば、東海カーボン（株
）製トーカベイトＴに−４（４）で接着固定をする。次
に上部用グラッシーカーボン板を上述の不浸透黒鉛板５
１に上述と同じ接着剤５４を用いて接着することにより
冷却プレート３０を形成、する。

なお、本実施例での圧縮成形体の形状は、冷却管に平行
方向は６００ｍｍで、直角方向は６５０ｍｍであり、不
浸透黒鉛板５１の形状は６００　Ｘ　２５ｆｆ１ｍのも
のを用い、グラッシーカーボン板５２．５３は６００　
Ｘ　７００ｍｎ＋の形状のものを用いた。

第１表に従来の黒鉛板冷却プレートと本発明の冷却プレ
ートの厚み及び重量比を比較して示した（形状６００　
Ｘ　７００ｍｍ）。厚みで約５０％２重量で７０％黒鉛
板密度　　　２．０　ｇ　／ｃｍ 膨張黒鉛密度（熱間成形後）Ｌ４ｇ／ａ＋？グラッシカ
ーボン密度　　１．６ｇ／ａｄも、薄層コンパクト化な
らびに軽量化が達成されているのがわかる。

又１本発明の冷却プレートを電池に組込み発電試験を行
なった結果、従来のものと比して冷却効率はほとんど同
等であり、冷却板として十分なる機能を有しているとい
うことが示された。更に、冷却プレート内部層を通して
の反応ガスの混合も認められず、電池解体後検査調査し
たところなんら異常は認められなかった。

ところで、本実施では、不浸透黒鉛板として耐熱・耐リ
ン酸性を有するレゾールタイプのフェノール樹脂含浸黒
鉛板を用いたが、ガスの浸透を防止することが可能であ
れば、他の耐熱・耐リン酸を有する材料の黒鉛板へ含浸
したものやコーテングしたものでも良い事はいうまでも
ない。同様に接着剤についても耐熱・耐リン酸性を有す
るものであればいずれでも良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、冷却プレートとし
て、冷却管を可どう性の高い膨張黒鉛で埋め込み更に耐
食性の高いグラッシーカーボン板でサンドラッチしたも
のを用いるようにしたので、冷却プレートの薄層化、軽
量化が計れ、結果的に発電に関与しない空間の少ないす
なわち発電空間密度の高い、かつ軽量化が計ることので
きる燃料電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す冷却プレートの分解
斜視図、第２図は１本発明の一実施例を示す冷却プレー
トの断面図、第３図は従来の冷却プレートを示す一断面
図、第４図は、燃料電池の単位セルを示す分解斜視図、
第５図は同単位セルを組み込んだ燃料電池を示す斜視図
、第６図は、冷却プレートと単位セルを示す分解斜視図
である。 ３０・・・冷却プレート４２・・・冷却管５０・・・膨
張黒鉛　　　　　　５１・・・不浸透黒鉛板５２．５３
・・・クララシーカ−ボン板５４・・・接着剤 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 βρン駈置去７７Ｌ− ト１図 、Ｓ３ 第２図 第３図 第４図 第５図 ■ 第６図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電解質層を挾んで一対の電極を配置すると共に、
   一方の電極の背面に燃料ガスまた他方の電極の背面に酸
   化剤ガスを夫々流通させて電気エネルギーを出力する単
   位セルを形成し、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスの混合
   を防止するとともに前記単位セルを電気的に接続する機
   能を有するプレートを介して前記単位セルを複数個積層
   し、かつ冷却プレートを前記所定個の単位セル毎に配設
   して成る燃料電池において、前記冷却プレートは冷却管
   をその内部に埋設した膨張黒鉛からなるプレートと、こ
   のプレートの両端に前記冷却管方向と平行に配置した不
   浸透黒鉛板と、前記プレートと前記不浸透黒鉛板とを挾
   持するグラッシーカーボンを主体とする２枚の板とから
   なり、この２枚の板と前記不浸透黒鉛板とを接着剤によ
   り貼り合せて形成されることを特徴とする燃料電池。
2. （２）不浸透黒鉛板は、黒鉛板にＬゾール型フェノール
   樹脂を含浸したものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の燃料電池。
3. （３）不浸透黒鉛板はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエ
   チレン）、又はＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パー
   フルオロビニルエーテル共重合体）、又はＦＥＰ（テト
   ラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合
   体）、又はＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレ
   ン共重合体）のいずれか一種類含浸してなるものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電池
   。
4. （４）不浸透黒鉛板はフッ素系樹脂塗料を含浸塗布して
   なることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料
   電池。