JPS6398965A - 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１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、電解質を挟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、前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ｆ！ｌ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、両すブ付＠ｉ２
．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を配置している。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ｍ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、他に燃料排出口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上昇を防止している。

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。たとえば横幅７００
ａｎ、縦幅６００　ｒｍの平面を有する冷却プレート３
０では、冷却管４１の外径を３ｍとした場合、残肉は３
ｍ以上も必要である。また冷却プレート合せ板４３につ
いても３ｎｎ以上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１０ｍｍ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なくせざろを得な
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、以上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図と第２図に示すように、
冷却パイプ４２を結晶性の高いリンペン状黒鉛を酸処理
し高温で熱処理をして膨張させて得られる膨張黒鉛５０
で圧縮埋込み保持し、更に上下を耐食性の高いグラッシ
ーカーボン板５１でサンドウッチすることにより構成さ
れる。更に、この膨張黒鉛ＷＪ５０の周囲部は形状の安
定をはかるためにリン酸に耐食性を有するレゾール型フ
ェノール樹脂又はフッ素系接着塗料を含浸５２すること
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４１と
同外径近くまで厚みを薄くできる。

またグラッシカーボン板５１は最大０．６＋Ｉｎ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４１を外径３Ｉとすると冷却プレートの厚みは５ｍ
ｍ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。

（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の構成例
を分解斜視図、第２図はその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０．００５　ｇ／ｃｉ）を金型を用い０．２ｇ／ａ（
−１２ｍｍ厚さの１次成形体を作る。次にこの成形体の
上に冷却パイプ（本実施例では外径３ｍｍ）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
３．８１の圧縮成形体を得る。更に０．６１厚みのグラ
ッシカーボン板５０を上下に挟持し、次に、レゾール型
フェノール樹脂液を周囲部に含浸した後１８０℃で硬化
処理を行なうことにより冷却プレート３０を成形した。

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×
７００ｍ）。厚みで約５０％、重量で７０％も、第１表 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、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。ところで１本実施例では含浸液とし
てレゾール型フェノール樹脂液の場合を示したが、この
他に耐熱、耐リン酸性を有するフッ素系の塗料、たとえ
ばフッ素ゴム塗料（−例として口座理工（株）ＦＲコー
ト剤）又はフッ素樹脂塗料（−例として旭ガラス（株）
ルミフロンコーテング剤）でも同等の結果が得られた。

この場合は本実施例における硬化処理は必要ではない。

〔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ウッチした
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の断面図、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４１・・・冷却管５０・・・膨
張黒鉛　　　５１・・・クララシーカ−ボン板５２・・
・含浸部 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 、！；／　７う７シ一カーホン羊又 第１図 第２図 と 第３図 ： 第４図 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電解質層を挟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器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器的に接続する機
   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
   のプレートを挟持するように配置されたグラッシーカー
   ボンを主体とする２枚の板とからなる、ことを特徴とす
   る燃料電池。
2. （２）プレートと２枚の板との周囲を含浸剤により含浸
   処理して形成した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）含浸剤は、レゾール型フェノール樹脂液、又はフ
   ッ素系ゴム塗料、又はフッ素系樹脂塗料のいずれか一種
   類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。