JP3123785B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Classifications
-
- 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池に関し、特に内
部マニホールド方式燃料電池に関する。
部マニホールド方式燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、供給されるガスの化学エネ
ルギーを直接、電気エネルギーに変換するものであっ
て、現在では、リン酸型燃料電池，溶融炭酸塩型燃料電
池，固体電解質型燃料電池等の研究が盛んに行われてお
り、高い発電効率が期待されている。
ルギーを直接、電気エネルギーに変換するものであっ
て、現在では、リン酸型燃料電池，溶融炭酸塩型燃料電
池，固体電解質型燃料電池等の研究が盛んに行われてお
り、高い発電効率が期待されている。
【０００３】一般に、燃料電池へのガス供給方式として
は、外部マニホールド方式及び内部マニホールド方式が
採用されている。外部マニホールド方式は、電池スタッ
クの外部壁面に各セルへのガス供給部を設けるもので、
構造は単純であるが、電池壁面でのガスのシール方法に
工夫が必要である。一方、内部マニホールド方式は、ス
タックの内部に各セルへのガス供給部を設けるもので、
シールは電池構成材とガス分離板間のシールを併用する
ことが可能であるが、電池面の一部をマニホールドとし
て利用するため、電池の有効面積が小さくなる。
は、外部マニホールド方式及び内部マニホールド方式が
採用されている。外部マニホールド方式は、電池スタッ
クの外部壁面に各セルへのガス供給部を設けるもので、
構造は単純であるが、電池壁面でのガスのシール方法に
工夫が必要である。一方、内部マニホールド方式は、ス
タックの内部に各セルへのガス供給部を設けるもので、
シールは電池構成材とガス分離板間のシールを併用する
ことが可能であるが、電池面の一部をマニホールドとし
て利用するため、電池の有効面積が小さくなる。
【０００４】このようなことを考慮して、比較的低温
（２００℃前後）で運転されるリン酸型燃料電池では、
外部マニホールド方式を採用する場合が多く、やや高温
（６５０℃前後）で運転される溶融炭酸塩型燃料電池で
は、いずれか一方の方式が採用されており、高温（１０
００℃前後）で運転される固体電解質型燃料電池では、
シールの容易な内部マニホールド方式を採用する場合が
多い。
（２００℃前後）で運転されるリン酸型燃料電池では、
外部マニホールド方式を採用する場合が多く、やや高温
（６５０℃前後）で運転される溶融炭酸塩型燃料電池で
は、いずれか一方の方式が採用されており、高温（１０
００℃前後）で運転される固体電解質型燃料電池では、
シールの容易な内部マニホールド方式を採用する場合が
多い。
【０００５】ところで、従来、内部マニホールド方式燃
料電池においては、図５及び図６に示すように、マニホ
ールド孔３０，３１，３２，３３をできる限り小さく
し、電池の有効面積の減少防止を図ったガス分離板５
１，５２が使用されている。
料電池においては、図５及び図６に示すように、マニホ
ールド孔３０，３１，３２，３３をできる限り小さく
し、電池の有効面積の減少防止を図ったガス分離板５
１，５２が使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５及
び図６に示すガス分離板５１，５２は、マニホールド孔
３０，３２から各ガス流路３８，４４の入口までの距離
が異なるため、その入口付近にかかる圧力に差が生じ、
各ガス流路３８，４４にガスを均一に分配することがで
きなかった。その結果、ガスが電極面に均一にいきわた
らず、電池性能が十分発揮されないという問題があっ
た。
び図６に示すガス分離板５１，５２は、マニホールド孔
３０，３２から各ガス流路３８，４４の入口までの距離
が異なるため、その入口付近にかかる圧力に差が生じ、
各ガス流路３８，４４にガスを均一に分配することがで
きなかった。その結果、ガスが電極面に均一にいきわた
らず、電池性能が十分発揮されないという問題があっ
た。
【０００７】そこで、図７に示すように、マニホールド
孔３９，４０を長孔に変形し、マニホールド孔３９，４
０から各ガス流路４１の入口までの距離を略均一にした
ガス分離板５３が使用される。しかしながら、セル面内
におけるマニホールド孔３９，４０の占める割合が大き
くなるため、電池の有効面積が減少し、その結果、電池
特性が低下するという問題があった。
孔３９，４０を長孔に変形し、マニホールド孔３９，４
０から各ガス流路４１の入口までの距離を略均一にした
ガス分離板５３が使用される。しかしながら、セル面内
におけるマニホールド孔３９，４０の占める割合が大き
くなるため、電池の有効面積が減少し、その結果、電池
特性が低下するという問題があった。
【０００８】本発明は、上記の事情に鑑み、電池の有効
面積を減少させることなく、マニホールド孔から各ガス
流路にガスを均一に分配することができる燃料電池を提
供することを目的とする。
面積を減少させることなく、マニホールド孔から各ガス
流路にガスを均一に分配することができる燃料電池を提
供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池は、上
記の課題を解決するために、アノードとカソードとを有
するセルの両面にガス分離板が配され、このガス分離板
にはアノード又はカソードにガスを供給する複数本のガ
ス流路と、この複数本のガス流路にガスを給排するマニ
ホールド溝が形成された燃料電池において、上記マニ−
ホールド溝は上記複数本のガス流路と直交するように連
続して設けられるとともに、内部にガスを供給するため
のマニホールド孔を有し、且つ上記マニホールド溝の深
さは、ガス流路の深さよりも深くなるように形成されて
いることを特徴としている。
記の課題を解決するために、アノードとカソードとを有
するセルの両面にガス分離板が配され、このガス分離板
にはアノード又はカソードにガスを供給する複数本のガ
ス流路と、この複数本のガス流路にガスを給排するマニ
ホールド溝が形成された燃料電池において、上記マニ−
ホールド溝は上記複数本のガス流路と直交するように連
続して設けられるとともに、内部にガスを供給するため
のマニホールド孔を有し、且つ上記マニホールド溝の深
さは、ガス流路の深さよりも深くなるように形成されて
いることを特徴としている。
【００１０】
【作用】上記の構成によれば、マニホールド溝の深さ
は、ガス流路の深さよりも深くなるように形成されてい
るので、ガス流路の深さよりも深く形成されているマニ
ホールド溝にガスを一旦蓄えることができる。したがっ
て、各ガス流路の入口にかかる圧力を略均等にすること
ができるので、各ガス流路における差圧の低減を図るこ
とができる。
は、ガス流路の深さよりも深くなるように形成されてい
るので、ガス流路の深さよりも深く形成されているマニ
ホールド溝にガスを一旦蓄えることができる。したがっ
て、各ガス流路の入口にかかる圧力を略均等にすること
ができるので、各ガス流路における差圧の低減を図るこ
とができる。
【００１１】
【実施例】本発明の一実施例を図１ないし図２に基づい
て以下、具体的に説明する。図１は本発明の一実施例に
係る固体電解質型燃料電池の要部を示す概略断面図であ
り、図２は図１の燃料電池におけるガス分離板の上面を
示す平面図である。この燃料電池は、例えば、図１に示
すように、セル１と、ガス分離板５ａ，５ｂとの多層構
造より成る。
て以下、具体的に説明する。図１は本発明の一実施例に
係る固体電解質型燃料電池の要部を示す概略断面図であ
り、図２は図１の燃料電池におけるガス分離板の上面を
示す平面図である。この燃料電池は、例えば、図１に示
すように、セル１と、ガス分離板５ａ，５ｂとの多層構
造より成る。
【００１２】前記セル１は、例えば、８％イットリアで
安定化したジルコニアの焼成体から成る固体電解質板２
と、ニッケルジルコニアサーメットから成るアノード３
と、ランタンマンガネート等のペロブスカイト型酸化物
から成るカソード４とで構成されている。なお、このセ
ル１は、例えば、１０cm×１０cmの大きさである。前記
ガス分離板５ａ，５ｂは、例えば、ニッケルクロム合金
（インコネル６００，６０１）等の耐熱性金属から成
る。ガス分離板５ｂの上面には、図２に示すように、リ
ブ１４が一体成形されており、アノードガス流路６を形
成している。また、各マニホールド孔（アノードガス供
給側マニホールド孔８，アノードガス排気側マニホール
ド孔９）及び各マニホールド溝（アノードガス供給側マ
ニホールド溝１０，アノードガス排気側マニホールド溝
１１，図中、ドットで示す）がそれぞれ設けられてい
る。なお、マニホールド溝１０，１１の深さは、例えば
２mmとし、各アノードガス流路６の深さは、例えば１mm
として、各アノードガス流路６の深さよりも深くなるよ
うにマニホールド溝１０，１１を形成した。一方、ガス
分離板５ａの下面については、カソードガス流路７がア
ノードガス流路６と直交するように設けられている他
は、図２と略同様の構造であるので説明を省略する。
安定化したジルコニアの焼成体から成る固体電解質板２
と、ニッケルジルコニアサーメットから成るアノード３
と、ランタンマンガネート等のペロブスカイト型酸化物
から成るカソード４とで構成されている。なお、このセ
ル１は、例えば、１０cm×１０cmの大きさである。前記
ガス分離板５ａ，５ｂは、例えば、ニッケルクロム合金
（インコネル６００，６０１）等の耐熱性金属から成
る。ガス分離板５ｂの上面には、図２に示すように、リ
ブ１４が一体成形されており、アノードガス流路６を形
成している。また、各マニホールド孔（アノードガス供
給側マニホールド孔８，アノードガス排気側マニホール
ド孔９）及び各マニホールド溝（アノードガス供給側マ
ニホールド溝１０，アノードガス排気側マニホールド溝
１１，図中、ドットで示す）がそれぞれ設けられてい
る。なお、マニホールド溝１０，１１の深さは、例えば
２mmとし、各アノードガス流路６の深さは、例えば１mm
として、各アノードガス流路６の深さよりも深くなるよ
うにマニホールド溝１０，１１を形成した。一方、ガス
分離板５ａの下面については、カソードガス流路７がア
ノードガス流路６と直交するように設けられている他
は、図２と略同様の構造であるので説明を省略する。
【００１３】ガス給排配管１２は、例えば、ニッケルク
ロム合金（インコネル６００，６０１）等の耐熱性金属
から成り、セル１にガスを給排するため、ガス分離板５
ａ，５ｂに溶接等によって接続されている。前記ガス分
離板５ａ，５ｂと固体電解質板２との界面のシール１３
は、例えば、パイレックスガラスのような非導電性高粘
度融体から成るシール材が用いられてある。
ロム合金（インコネル６００，６０１）等の耐熱性金属
から成り、セル１にガスを給排するため、ガス分離板５
ａ，５ｂに溶接等によって接続されている。前記ガス分
離板５ａ，５ｂと固体電解質板２との界面のシール１３
は、例えば、パイレックスガラスのような非導電性高粘
度融体から成るシール材が用いられてある。
【００１４】次に、上記構成の燃料電池におけるアノー
ドガスの流れについて、図２を用いて説明する。先ず、
マニホールド孔８から送り込まれたガスは、マニホール
ド溝１０を流れ、各ガス流路６に分配される。この際、
ガス流路６の深さよりも深く形成されているマニホール
ド溝１０にガスが一旦蓄えられた後、各ガス流路６にガ
スが均一に分配される。このアノードガス流路６を流れ
る際に、反応が行われる。続いて、反応後のガスは、マ
ニホールド溝１１を流れ、マニホールド孔９から排出さ
れる。
ドガスの流れについて、図２を用いて説明する。先ず、
マニホールド孔８から送り込まれたガスは、マニホール
ド溝１０を流れ、各ガス流路６に分配される。この際、
ガス流路６の深さよりも深く形成されているマニホール
ド溝１０にガスが一旦蓄えられた後、各ガス流路６にガ
スが均一に分配される。このアノードガス流路６を流れ
る際に、反応が行われる。続いて、反応後のガスは、マ
ニホールド溝１１を流れ、マニホールド孔９から排出さ
れる。
【００１５】一方、カソードガスの流れについては、ア
ノードガスと直交するように流れる他は、上記アノード
ガスの流れと略同様であるので説明を省略する。上記の
如く構成された燃料電池を以下、（Ａ）電池と称する。 〔比較例〕ガス分離板５ａ，５ｂの代わりに、図５に示
すガス分離板５１（マニホールド溝３４，３５とガス流
路３８の深さが同じ、例えば１mmである）を用いる他
は、実施例と同様の構成の燃料電池を用いた。
ノードガスと直交するように流れる他は、上記アノード
ガスの流れと略同様であるので説明を省略する。上記の
如く構成された燃料電池を以下、（Ａ）電池と称する。 〔比較例〕ガス分離板５ａ，５ｂの代わりに、図５に示
すガス分離板５１（マニホールド溝３４，３５とガス流
路３８の深さが同じ、例えば１mmである）を用いる他
は、実施例と同様の構成の燃料電池を用いた。
【００１６】このような構成の燃料電池を以下、（Ｘ）
電池と称する。 〔実験１〕本発明の（Ａ）電池と比較例の（Ｘ）電池を
用いて、各セル面内における相対ガス流量比を調べたの
で、その結果を図３に示す。実験は、セル１の代わりに
ジアゾ感光紙を挟み、室温にてアンモニア含有空気を流
すことにより行った。なお、横軸のガス流路番号は、各
マニホールド孔８，３０から１番近いガス流路６，３８
を１番とし、１番遠いガス流路６，３８を１６番とし
た。
電池と称する。 〔実験１〕本発明の（Ａ）電池と比較例の（Ｘ）電池を
用いて、各セル面内における相対ガス流量比を調べたの
で、その結果を図３に示す。実験は、セル１の代わりに
ジアゾ感光紙を挟み、室温にてアンモニア含有空気を流
すことにより行った。なお、横軸のガス流路番号は、各
マニホールド孔８，３０から１番近いガス流路６，３８
を１番とし、１番遠いガス流路６，３８を１６番とし
た。
【００１７】図３の結果より、本発明の（Ａ）電池にお
いては、各ガス流路６へガスが均一に分配されているの
に対し、比較例の（Ｘ）電池においては、各ガス流路へ
のガス分布にばらつきがあることがわかる。 〔実験２〕本発明の（Ａ）電池と比較例の（Ｘ）電池に
おける電流密度と単位セル当りの電圧との関係を調べた
ので、その結果を図４に示す。
いては、各ガス流路６へガスが均一に分配されているの
に対し、比較例の（Ｘ）電池においては、各ガス流路へ
のガス分布にばらつきがあることがわかる。 〔実験２〕本発明の（Ａ）電池と比較例の（Ｘ）電池に
おける電流密度と単位セル当りの電圧との関係を調べた
ので、その結果を図４に示す。
【００１８】実験は、酸化剤ガスとして空気を、燃料ガ
スとして水素を用いると共に、酸素の利用率（Ｕox）と
燃料の利用率（Ｕf ）をそれぞれ１０％とした。図４の
結果より、本発明の（Ａ）電池は、比較例の（Ｘ）電池
のセル電圧を常にうわまわっていることが分かる。ま
た、電流密度が高くなるにつれて比較例の（Ｘ）電池の
セル電圧は低下しているのに対し、本発明の（Ａ）電池
においては、ほとんど低下していないことから、本発明
の（Ａ）電池においては、特に高電流密度側でセル特性
が向上していることがわかる。これは、ガス流路にガス
が均一に分配されていることによると思われる。 〔その他の事項〕 上記実施例においては、マニホー
ルド溝の深さをガス流路の深さの約２倍としたが、本発
明はこれに限定されるものではない。 上記実施例においては、燃料電池として、固体電解
質型燃料電池を用いたが、これに限らず、例えば、溶融
炭酸塩型燃料電池等を用いることもできる。 上記実施例においては、ガス流路６，７をリブ１４
により成形したが、これに限らず、例えば、ニッケルク
ロム合金（インコネル６００，６０１）等の耐熱性金属
から成るコルゲートや発泡金属或いはランタンクロマイ
ト等の導電性セラミックス等を用いてガス流路６，７を
成形することもできる。
スとして水素を用いると共に、酸素の利用率（Ｕox）と
燃料の利用率（Ｕf ）をそれぞれ１０％とした。図４の
結果より、本発明の（Ａ）電池は、比較例の（Ｘ）電池
のセル電圧を常にうわまわっていることが分かる。ま
た、電流密度が高くなるにつれて比較例の（Ｘ）電池の
セル電圧は低下しているのに対し、本発明の（Ａ）電池
においては、ほとんど低下していないことから、本発明
の（Ａ）電池においては、特に高電流密度側でセル特性
が向上していることがわかる。これは、ガス流路にガス
が均一に分配されていることによると思われる。 〔その他の事項〕 上記実施例においては、マニホー
ルド溝の深さをガス流路の深さの約２倍としたが、本発
明はこれに限定されるものではない。 上記実施例においては、燃料電池として、固体電解
質型燃料電池を用いたが、これに限らず、例えば、溶融
炭酸塩型燃料電池等を用いることもできる。 上記実施例においては、ガス流路６，７をリブ１４
により成形したが、これに限らず、例えば、ニッケルク
ロム合金（インコネル６００，６０１）等の耐熱性金属
から成るコルゲートや発泡金属或いはランタンクロマイ
ト等の導電性セラミックス等を用いてガス流路６，７を
成形することもできる。
【００１９】
【発明の効果】以上の本発明によれば、マニホールド溝
の深さは、ガス流路の深さよりも深くなるように形成さ
れているので、ガス流路の深さよりも深く形成されてい
るマニホールド溝にガスを一旦蓄えることができる。し
たがって、各ガス流路の入口にかかる圧力を略均等にす
ることができるので、各ガス流路における差圧の低減を
図ることができる。その結果、各ガス流路にガスを均一
に供給することができるので、ガスが電極面に均一にい
きわたることになり、電池性能が十分発揮されるという
効果を奏する。
の深さは、ガス流路の深さよりも深くなるように形成さ
れているので、ガス流路の深さよりも深く形成されてい
るマニホールド溝にガスを一旦蓄えることができる。し
たがって、各ガス流路の入口にかかる圧力を略均等にす
ることができるので、各ガス流路における差圧の低減を
図ることができる。その結果、各ガス流路にガスを均一
に供給することができるので、ガスが電極面に均一にい
きわたることになり、電池性能が十分発揮されるという
効果を奏する。
【００２０】しかも、マニホールド溝のうち、マニホー
ルド孔及びそれに伴う裏面シール部を除いた部分は、電
池反応に供することができるので、電池有効面積を減少
させることなく、電池特性を向上させることができる。
ルド孔及びそれに伴う裏面シール部を除いた部分は、電
池反応に供することができるので、電池有効面積を減少
させることなく、電池特性を向上させることができる。
【図１】本発明の一実施例に係る（Ａ）電池の要部を示
す概略断面図である。
す概略断面図である。
【図２】本発明の（Ａ）電池に係るガス分離板の上面を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図３】本発明の（Ａ）電池と比較例の（Ｘ）電池にお
ける各セル面内における相対ガス流量比を示すグラフで
ある。
ける各セル面内における相対ガス流量比を示すグラフで
ある。
【図４】本発明の（Ａ）電池と比較例の（Ｘ）電池にお
ける電流密度と単位セル当りの電圧との関係を示すグラ
フである。
ける電流密度と単位セル当りの電圧との関係を示すグラ
フである。
【図５】比較例の（Ｘ）電池に係るガス分離板を示す平
面図である。
面図である。
【図６】従来の燃料電池に係るガス分離板を示す平面図
である。
である。
【図７】従来の燃料電池に係るガス分離板を示す平面図
である。
である。
１ セル ５ ガス分離板 ６ アノードガス流路 ７ カソードガス流路 １０ アノードガス供給側マニホールド溝 １１ アノードガス排気側マニホールド溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 修三 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (72)発明者 齋藤 俊彦 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−216456（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (1)
- 【請求項１】 アノードとカソードとを有するセルの両
面にガス分離板が配され、このガス分離板にはアノード
又はカソードにガスを供給する複数本のガス流路と、こ
の複数本のガス流路にガスを給排するマニホールド溝が
形成された燃料電池において、上記マニ−ホールド溝は上記複数本のガス流路と直交す
るように連続して設けられるとともに、 内部にガスを供給するためのマニホールド孔を有し、 且つ 上記マニホールド溝の深さは、ガス流路の深さより
も深くなるように形成されていることを特徴とする燃料
電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03261875A JP3123785B2 (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03261875A JP3123785B2 (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05101835A JPH05101835A (ja) | 1993-04-23 |
| JP3123785B2 true JP3123785B2 (ja) | 2001-01-15 |
Family
ID=17367978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03261875A Expired - Lifetime JP3123785B2 (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3123785B2 (ja) |
-
1991
- 1991-10-09 JP JP03261875A patent/JP3123785B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05101835A (ja) | 1993-04-23 |
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