JPH06267559A - 燃料電池 - Google Patents
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- JPH06267559A JPH06267559A JP5054395A JP5439593A JPH06267559A JP H06267559 A JPH06267559 A JP H06267559A JP 5054395 A JP5054395 A JP 5054395A JP 5439593 A JP5439593 A JP 5439593A JP H06267559 A JPH06267559 A JP H06267559A
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- 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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 単電池の起電部におけるガス流量分布を均一
化し、発電性能の向上が可能な燃料電池を提供する。 【構成】 単電池の起電部にガスの供給を行うためのガ
ス流入路２と、前記起電部からガスの排出を行うための
ガス流出路５とを備え、前記ガス流入路２あるいは前記
ガス流出路５の少なくとも一方に、前記起電部のガス入
口部分３あるいは出口部分４において前記ガスの流れ方
向６に対してほぼ垂直方向に関して前記ガスの圧力分布
をほぼ均一化させるように流路抵抗部材７，８，９を配
設したことを特徴としている。
化し、発電性能の向上が可能な燃料電池を提供する。 【構成】 単電池の起電部にガスの供給を行うためのガ
ス流入路２と、前記起電部からガスの排出を行うための
ガス流出路５とを備え、前記ガス流入路２あるいは前記
ガス流出路５の少なくとも一方に、前記起電部のガス入
口部分３あるいは出口部分４において前記ガスの流れ方
向６に対してほぼ垂直方向に関して前記ガスの圧力分布
をほぼ均一化させるように流路抵抗部材７，８，９を配
設したことを特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化学エネルギを電気エ
ネルギに変換する燃料電池に係わり、特にそのガス流路
内のガス流れの均一化の改善を図った燃料電池に関す
る。
ネルギに変換する燃料電池に係わり、特にそのガス流路
内のガス流れの均一化の改善を図った燃料電池に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、燃料および酸化剤のもつ化
学ポテンシャルと、それらの反応物の有する化学ポテン
シャルとの差のうちのギブス自由エネルギ分を直接電気
エネルギに変換するシステムである。そして、燃料、酸
化剤の反応は、電解質とこの電解質をはさんで位置する
２つの電極からなる単電池の両電極にそれぞれ、燃料、
酸化剤を接触させ、電解質中のイオンの移動を仲立ちと
した電池反応によって進められ、電解質内部のイオンの
流れが電池外部で電流として取り出される。
学ポテンシャルと、それらの反応物の有する化学ポテン
シャルとの差のうちのギブス自由エネルギ分を直接電気
エネルギに変換するシステムである。そして、燃料、酸
化剤の反応は、電解質とこの電解質をはさんで位置する
２つの電極からなる単電池の両電極にそれぞれ、燃料、
酸化剤を接触させ、電解質中のイオンの移動を仲立ちと
した電池反応によって進められ、電解質内部のイオンの
流れが電池外部で電流として取り出される。
【０００３】しかし、このような単電池で得られる電圧
は高々1Vにも満たない値のため、燃料電池システムとし
ては、単電池を積層して出力電圧を高める方法がとられ
ている。
は高々1Vにも満たない値のため、燃料電池システムとし
ては、単電池を積層して出力電圧を高める方法がとられ
ている。
【０００４】一般に、燃料電池発電システムにおいて
は、大容量化のために単電池面積の増大と、積層数の増
加が図られる傾向にあり、現状、単電池面積は１ｍ×１
ｍ程度、積層数は数十〜百程度となっている。
は、大容量化のために単電池面積の増大と、積層数の増
加が図られる傾向にあり、現状、単電池面積は１ｍ×１
ｍ程度、積層数は数十〜百程度となっている。
【０００５】図１６および図１７に、単電池を積層した
従来の燃料電池の例を示す。図１６は積層の様子を示す
分解斜視図で、図１７は同図のＡ矢視方向の断面図であ
る。この従来例の燃料電池においては、ガスの供給は単
電池の積層方向と、単電池面内方向について行う必要が
あり、積層方向にはマニホールドリング２１３、単電池
面内方向にはセパレータ２１４のガス流路によってガス
供給が行われる。この単電池面内方向へのガス流の様子
を図１８に示す。
従来の燃料電池の例を示す。図１６は積層の様子を示す
分解斜視図で、図１７は同図のＡ矢視方向の断面図であ
る。この従来例の燃料電池においては、ガスの供給は単
電池の積層方向と、単電池面内方向について行う必要が
あり、積層方向にはマニホールドリング２１３、単電池
面内方向にはセパレータ２１４のガス流路によってガス
供給が行われる。この単電池面内方向へのガス流の様子
を図１８に示す。
【０００６】マニホールドリングの径は単電池の一辺の
寸法に対して小さいため、セパレータガス流路のマニホ
ールドリングにつながるガス流入部３０２から単電池ま
でのガス流路３１０は流れにしたがって断面積の増加す
る拡大流路となる。一般に、このような拡大流路におい
ては、たとえその流入部３０２において断面方向に一様
な流速分布が得られたとしても、拡大部下流で断面方向
に一様流速分布を得ることは難しく、結果的に単電池の
起電部流入部３０３に流入するガスの流量はその辺上の
位置によって一様ではないものとなる。
寸法に対して小さいため、セパレータガス流路のマニホ
ールドリングにつながるガス流入部３０２から単電池ま
でのガス流路３１０は流れにしたがって断面積の増加す
る拡大流路となる。一般に、このような拡大流路におい
ては、たとえその流入部３０２において断面方向に一様
な流速分布が得られたとしても、拡大部下流で断面方向
に一様流速分布を得ることは難しく、結果的に単電池の
起電部流入部３０３に流入するガスの流量はその辺上の
位置によって一様ではないものとなる。
【０００７】また、単電池の起電部からガス流出部３０
５までのガス流路３１１は流れにしたがって断面積の減
少する縮小流路となる。一般に、このような縮小流路に
おいては、たとえその流出部において断面方向に一様な
圧力が得られたとしても、縮小部上流で断面方向に一様
な流速分布を得ることは難しく、結果的に単電池の起電
部流出部３０４から流出するガスの流量はその辺上の位
置によって一様ではないものとなる。
５までのガス流路３１１は流れにしたがって断面積の減
少する縮小流路となる。一般に、このような縮小流路に
おいては、たとえその流出部において断面方向に一様な
圧力が得られたとしても、縮小部上流で断面方向に一様
な流速分布を得ることは難しく、結果的に単電池の起電
部流出部３０４から流出するガスの流量はその辺上の位
置によって一様ではないものとなる。
【０００８】単電池起電部におけるガスの流動状態は電
池性能に大きく影響することが知られており、例えば、
単電池のガス流入部においてガス流量が他の部位より少
ない部位においてはその下流では十分な電流の取り出し
が行えず、また、ガスによる単電池の冷却も十分に行え
ない。したがって、単電池面内における、電流密度の分
布、あるいは温度の分布が大きくなり、結果的に燃料電
池の性能を低下させる。
池性能に大きく影響することが知られており、例えば、
単電池のガス流入部においてガス流量が他の部位より少
ない部位においてはその下流では十分な電流の取り出し
が行えず、また、ガスによる単電池の冷却も十分に行え
ない。したがって、単電池面内における、電流密度の分
布、あるいは温度の分布が大きくなり、結果的に燃料電
池の性能を低下させる。
【０００９】また、単電池のガス流出部においてガス流
量が他の部位より少ない部位においてはその上流のガス
流量が低下するため、十分な電流の取り出しが行えず、
また、ガスによる単電池の冷却も十分に行えないため、
結果的に燃料電池の性能を低下させる。さらに、単電池
面内における、電流密度の分布、あるいは温度の分布が
大きくなることは、燃料電池の寿命にも悪影響を及ぼ
す。
量が他の部位より少ない部位においてはその上流のガス
流量が低下するため、十分な電流の取り出しが行えず、
また、ガスによる単電池の冷却も十分に行えないため、
結果的に燃料電池の性能を低下させる。さらに、単電池
面内における、電流密度の分布、あるいは温度の分布が
大きくなることは、燃料電池の寿命にも悪影響を及ぼ
す。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
燃料電池においては、単電池起電部のガス流量が不均一
になることにより、燃料電池の性能が低下するという問
題点があった。この発明は上記問題点に着目してなされ
たもので、単電池起電部のガス流量を均一化し、発電性
能の向上が可能な燃料電池の提供を目的とする。
燃料電池においては、単電池起電部のガス流量が不均一
になることにより、燃料電池の性能が低下するという問
題点があった。この発明は上記問題点に着目してなされ
たもので、単電池起電部のガス流量を均一化し、発電性
能の向上が可能な燃料電池の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、第１の発明の燃料電池は、単電池の起電部にガス
の供給を行うためのガス流入路と、前記起電部からガス
の排出を行うためのガス流出路とを備え、前記ガス流入
路あるいは前記ガス流出路の少なくとも一方に、前記起
電部のガス入口部分あるいは出口部分において前記ガス
の流れ方向に対してほぼ垂直方向に関して前記ガスの圧
力分布をほぼ均一化させるように流路抵抗を設定したこ
とを特徴としている。
めに、第１の発明の燃料電池は、単電池の起電部にガス
の供給を行うためのガス流入路と、前記起電部からガス
の排出を行うためのガス流出路とを備え、前記ガス流入
路あるいは前記ガス流出路の少なくとも一方に、前記起
電部のガス入口部分あるいは出口部分において前記ガス
の流れ方向に対してほぼ垂直方向に関して前記ガスの圧
力分布をほぼ均一化させるように流路抵抗を設定したこ
とを特徴としている。
【００１２】また、第２の発明の燃料電池は、単電池の
起電部にガスを供給し前記起電部内を通して前記ガスの
排出を行うガス流路を備え、前記起電部内の前記ガス流
路に、前記ガスの流れ方向に対してほぼ垂直方向に関し
て前記ガスの圧力分布をほぼ均一化させるように流路抵
抗を設定したことを特徴としている。
起電部にガスを供給し前記起電部内を通して前記ガスの
排出を行うガス流路を備え、前記起電部内の前記ガス流
路に、前記ガスの流れ方向に対してほぼ垂直方向に関し
て前記ガスの圧力分布をほぼ均一化させるように流路抵
抗を設定したことを特徴としている。
【００１３】
【作用】このように構成された、第１の発明の燃料電池
においては、ガス流入路（ガス流入部）、あるいはガス
流出路（ガス流出部）の少なくとも一方において、起電
部のガス入口部分あるいは出口部分において前記ガスの
流れ方向に対してほぼ垂直方向に関して前記ガスの圧力
分布をほぼ均一化させるように流路抵抗を設定した（流
路抵抗部材を配設した）ことにより、拡大流路を流れる
ガス流の流量はそのいずれの断面においてもほぼ均一化
され、単電池起電部に流入するガス流量、あるいは流出
するガス流量はほぼ均一化される。
においては、ガス流入路（ガス流入部）、あるいはガス
流出路（ガス流出部）の少なくとも一方において、起電
部のガス入口部分あるいは出口部分において前記ガスの
流れ方向に対してほぼ垂直方向に関して前記ガスの圧力
分布をほぼ均一化させるように流路抵抗を設定した（流
路抵抗部材を配設した）ことにより、拡大流路を流れる
ガス流の流量はそのいずれの断面においてもほぼ均一化
され、単電池起電部に流入するガス流量、あるいは流出
するガス流量はほぼ均一化される。
【００１４】これによって、単電池起電部を流れるガス
の流量はいずれの部位においてもほぼ均一化され、流量
不均一による燃料電池の性能低下を生じることなく、高
い性能を維持することができる。
の流量はいずれの部位においてもほぼ均一化され、流量
不均一による燃料電池の性能低下を生じることなく、高
い性能を維持することができる。
【００１５】また、第２の発明の燃料電池においては、
起電部内のガス流路に、ガスの流れ方向に対してほぼ垂
直方向に関して前記ガスの圧力分布をほぼ均一化させる
ように流路抵抗を設定した（流路抵抗部材を配設した）
ことによって、単電池起電部を流れるガスの流量はいず
れの部位においてもほぼ均一化され、流量不均一による
燃料電池の性能低下を生じることなく、高い性能を維持
することができる。
起電部内のガス流路に、ガスの流れ方向に対してほぼ垂
直方向に関して前記ガスの圧力分布をほぼ均一化させる
ように流路抵抗を設定した（流路抵抗部材を配設した）
ことによって、単電池起電部を流れるガスの流量はいず
れの部位においてもほぼ均一化され、流量不均一による
燃料電池の性能低下を生じることなく、高い性能を維持
することができる。
【００１６】
【実施例】以下、図面に基づいて、本発明の燃料電池の
一実施例を説明する。 ［第１の発明］まず、第１の発明について第１乃至第４
の実施例および変形例について図１乃至図１４を参照し
て説明する。 （第１実施例）図１は、第１の発明の第１実施例の燃料
電池に係わるセパレータの概略構成を示す斜視図で、図
２はこのセパレータを用いて、単電池を積層した様子を
示すための断面図である。
一実施例を説明する。 ［第１の発明］まず、第１の発明について第１乃至第４
の実施例および変形例について図１乃至図１４を参照し
て説明する。 （第１実施例）図１は、第１の発明の第１実施例の燃料
電池に係わるセパレータの概略構成を示す斜視図で、図
２はこのセパレータを用いて、単電池を積層した様子を
示すための断面図である。
【００１７】この第１実施例に係る構成の燃料電池で
は、マニホールド（図示省略）を通して供給されるガス
は、図中矢印６で示すようにマニホールドリング２５を
介して各セパレータ１に分配供給される。そして、この
セパレータ１に供給されたガスは、単電池２７を構成す
る電極２３へ各セパレータ１内のガス流路を、ガス流入
部２、起電部流入部３、起電部、起電部流出部４、ガス
流出部５の順に流れることによって供給・排出される。
ここで、マニホールドリング２５の径は、単電池２７の
一辺の長さと比較してかなり小さく設定されているた
め、ガス流入部２から、起電部流入部３へ至るガス流路
１０は、流れにしたがって漸次流路断面積が増加する拡
大流路となっている。
は、マニホールド（図示省略）を通して供給されるガス
は、図中矢印６で示すようにマニホールドリング２５を
介して各セパレータ１に分配供給される。そして、この
セパレータ１に供給されたガスは、単電池２７を構成す
る電極２３へ各セパレータ１内のガス流路を、ガス流入
部２、起電部流入部３、起電部、起電部流出部４、ガス
流出部５の順に流れることによって供給・排出される。
ここで、マニホールドリング２５の径は、単電池２７の
一辺の長さと比較してかなり小さく設定されているた
め、ガス流入部２から、起電部流入部３へ至るガス流路
１０は、流れにしたがって漸次流路断面積が増加する拡
大流路となっている。
【００１８】第１の発明の第１実施例に係る燃料電池で
は、流路抵抗部材の一例として、ガス流路１０に台形フ
ィン群７、８、９が配置されている。ここで台形フィン
群７、８、９はより具体的には、図３に示すような構成
をしている。すなわち、多数の板状の台形フィン３１が
ほぼ千鳥状に配列され、ガスは台形フィン３１の内部お
よび互いの間を流れるように構成されている。
は、流路抵抗部材の一例として、ガス流路１０に台形フ
ィン群７、８、９が配置されている。ここで台形フィン
群７、８、９はより具体的には、図３に示すような構成
をしている。すなわち、多数の板状の台形フィン３１が
ほぼ千鳥状に配列され、ガスは台形フィン３１の内部お
よび互いの間を流れるように構成されている。
【００１９】本発明者の実験によれば、このような台形
フィン３１では、その配列の方向に対するガスの流れの
方向によって、流路抵抗が異なり、図３に示すガスの流
れ方向角度θが０度のとき、図４に示すように摩擦係数
すなわち流路抵抗が最も小さく、角度θが６０度のとき
流路抵抗が最も大きくなる。なお、図４は、横軸にレイ
ノルズ数、縦軸に摩擦係数を示して、上記角度θについ
て、０，３０，４５，６０，９０度の各々の場合につい
ての本発明者による実験データを示したものである。
フィン３１では、その配列の方向に対するガスの流れの
方向によって、流路抵抗が異なり、図３に示すガスの流
れ方向角度θが０度のとき、図４に示すように摩擦係数
すなわち流路抵抗が最も小さく、角度θが６０度のとき
流路抵抗が最も大きくなる。なお、図４は、横軸にレイ
ノルズ数、縦軸に摩擦係数を示して、上記角度θについ
て、０，３０，４５，６０，９０度の各々の場合につい
ての本発明者による実験データを示したものである。
【００２０】この図４から理解できることは、台形フィ
ン３１では、ガスの流れ方向角度θが０度と６０度の時
とでは、流路抵抗の差を約３倍程度と大きく変化させる
ことができるということである。
ン３１では、ガスの流れ方向角度θが０度と６０度の時
とでは、流路抵抗の差を約３倍程度と大きく変化させる
ことができるということである。
【００２１】次に図５は、台形フィン群７、８、９の各
々の配置の様子を示す図で、ガス流入部２から起電部流
入部３に至るガス流路１０では、図中矢印６で示すガス
の流れの方向に対して概ね垂直な方向の断面において、
台形フィンの配置された部分と、台形フィンの配置され
ていない部分とが形成されている。また、矢印６で示す
ガスの流れの方向に対する台形フィン配列の角度は、台
形フィン群７では０度、台形フィン群８では６０度、台
形フィン群９では０度となっており、ガスの流れに対す
る流路抵抗の大きさは、台形フィン群８が最も大きく、
次に台形フィン群７および９、そして台形フィンのない
部分が最も小さくなっている。
々の配置の様子を示す図で、ガス流入部２から起電部流
入部３に至るガス流路１０では、図中矢印６で示すガス
の流れの方向に対して概ね垂直な方向の断面において、
台形フィンの配置された部分と、台形フィンの配置され
ていない部分とが形成されている。また、矢印６で示す
ガスの流れの方向に対する台形フィン配列の角度は、台
形フィン群７では０度、台形フィン群８では６０度、台
形フィン群９では０度となっており、ガスの流れに対す
る流路抵抗の大きさは、台形フィン群８が最も大きく、
次に台形フィン群７および９、そして台形フィンのない
部分が最も小さくなっている。
【００２２】そして、上記のような台形フィン群７、
８、９の各々の配置は、起電部流入口においてガスの圧
力がほぼ一定となるように配置されている。このよう
に、矢印６で示したガスの流れ方向に対して概ね垂直な
方向において、起電部流入口においてガスの圧力がほぼ
一定となるように、流路抵抗を変化させた本実施例のガ
ス流路１０におけるガスの流れの様子を、汎用流体解析
コードを用いてシミュレーションした結果を図６に示
す。また、比較のために、台形フィン群７、８、９を配
置せず、流路抵抗を変化させない従来例のシミュレーシ
ョン結果を図７に示す。
８、９の各々の配置は、起電部流入口においてガスの圧
力がほぼ一定となるように配置されている。このよう
に、矢印６で示したガスの流れ方向に対して概ね垂直な
方向において、起電部流入口においてガスの圧力がほぼ
一定となるように、流路抵抗を変化させた本実施例のガ
ス流路１０におけるガスの流れの様子を、汎用流体解析
コードを用いてシミュレーションした結果を図６に示
す。また、比較のために、台形フィン群７、８、９を配
置せず、流路抵抗を変化させない従来例のシミュレーシ
ョン結果を図７に示す。
【００２３】両図は、ガス流路における等圧力線を示す
もので、流路断面積の変化しない領域では、等圧線がほ
ぼ平行に近く並び、そして等圧線が整っているほど断面
上の流量分布も少ないことを示している。流路抵抗を変
化させない従来例の図７の場合には、起電部流入部付近
の等圧線７１は、起電部の等圧線７２に対して平行には
ならず、起電部流入部においてガス流量に分布があるこ
とを示している。一方図６に示すように、ガスの流れ方
向に対して概ね垂直な方向において、起電部流入口にお
いてガスの圧力がほぼ一定となるように流路抵抗を変化
させた本実施例の場合には、確かに、起電部流入部付近
の等圧線６１もほぼ起電部の等圧線６２に平行となり、
起電部流入部においてガス流量の分布が小さくなってお
り、台形フィン群を設けた効果が明瞭に理解できる。
もので、流路断面積の変化しない領域では、等圧線がほ
ぼ平行に近く並び、そして等圧線が整っているほど断面
上の流量分布も少ないことを示している。流路抵抗を変
化させない従来例の図７の場合には、起電部流入部付近
の等圧線７１は、起電部の等圧線７２に対して平行には
ならず、起電部流入部においてガス流量に分布があるこ
とを示している。一方図６に示すように、ガスの流れ方
向に対して概ね垂直な方向において、起電部流入口にお
いてガスの圧力がほぼ一定となるように流路抵抗を変化
させた本実施例の場合には、確かに、起電部流入部付近
の等圧線６１もほぼ起電部の等圧線６２に平行となり、
起電部流入部においてガス流量の分布が小さくなってお
り、台形フィン群を設けた効果が明瞭に理解できる。
【００２４】さらに本第１実施例と従来例との差を、起
電部流入部断面において、流速分布の標準偏差を自乗平
均の平方根で規準化して定義した偏流率によって示す
と、従来例では２５％であるのに対して、本実施例では
５．８％と、流量分布はほぼ１／５に抑えられており、
この事実からも本発明が流量分布の均一化に極めて有効
であることが明らかである。 （第２実施例）図８は、第１の発明の燃料電池の第２実
施例に係わるセパレータ部分に配置される台形フィン群
の配置図である。
電部流入部断面において、流速分布の標準偏差を自乗平
均の平方根で規準化して定義した偏流率によって示す
と、従来例では２５％であるのに対して、本実施例では
５．８％と、流量分布はほぼ１／５に抑えられており、
この事実からも本発明が流量分布の均一化に極めて有効
であることが明らかである。 （第２実施例）図８は、第１の発明の燃料電池の第２実
施例に係わるセパレータ部分に配置される台形フィン群
の配置図である。
【００２５】この第２実施例では、台形フィン群８７、
８８、８９は、各々起電部流出部４と流出部５との間の
縮小流路８０に配置されている。これら台形フィン群８
７、８８、８９は、第１実施例で示した台形フィン群
７、８、９と機能的には同等のものであり、ガスの流れ
方向に対して概ね垂直な方向の断面において、台形フィ
ンの配置された部分と、台形フィンの配置されていない
部分とが形成されてい。また、ガスの流れ方向に対する
台形フィン配列の角度は、台形フィン群８７では０度、
台形フィン群８８では６０度、台形フィン群８９では０
度となっており、ガスの流れに対する流路抵抗の大きさ
は、台形フィン群８８が最も大きく、次に台形フィン群
８７および８９、そして台形フィンのない部分が最も小
さくなっている。
８８、８９は、各々起電部流出部４と流出部５との間の
縮小流路８０に配置されている。これら台形フィン群８
７、８８、８９は、第１実施例で示した台形フィン群
７、８、９と機能的には同等のものであり、ガスの流れ
方向に対して概ね垂直な方向の断面において、台形フィ
ンの配置された部分と、台形フィンの配置されていない
部分とが形成されてい。また、ガスの流れ方向に対する
台形フィン配列の角度は、台形フィン群８７では０度、
台形フィン群８８では６０度、台形フィン群８９では０
度となっており、ガスの流れに対する流路抵抗の大きさ
は、台形フィン群８８が最も大きく、次に台形フィン群
８７および８９、そして台形フィンのない部分が最も小
さくなっている。
【００２６】そして、上記のような台形フィン群８７、
８８、８９の各々の配置は、起電部流出口４においてガ
スの圧力がほぼ一定となるように配置されている。した
がって、このような台形フィン群８７、８８、８９の配
置によって、起電部流出部４の上流のガス流量が均一化
される。 （第３実施例）図９は、第１の発明の燃料電池の第３実
施例に係わるセパレータ部分に配置される台形フィン群
の配置図である。
８８、８９の各々の配置は、起電部流出口４においてガ
スの圧力がほぼ一定となるように配置されている。した
がって、このような台形フィン群８７、８８、８９の配
置によって、起電部流出部４の上流のガス流量が均一化
される。 （第３実施例）図９は、第１の発明の燃料電池の第３実
施例に係わるセパレータ部分に配置される台形フィン群
の配置図である。
【００２７】第３実施例の構成は、先に説明した第１実
施例と第２実施例とを組合わせた構成に相当し、台形フ
ィン群７、８、９が流入部２と起電部流入部３との間の
拡大流路１０に配置され、台形フィン群８７、８８、８
９は、起電部流出部４と流出部５との間の縮小流路８０
に各々配置される。このような台形フィン群の配置によ
って、起電部流入部３の下流、および起電部流出部４の
上流のガス流量が均一化され、結果的に起電部全域でガ
ス流量が均一化される。
施例と第２実施例とを組合わせた構成に相当し、台形フ
ィン群７、８、９が流入部２と起電部流入部３との間の
拡大流路１０に配置され、台形フィン群８７、８８、８
９は、起電部流出部４と流出部５との間の縮小流路８０
に各々配置される。このような台形フィン群の配置によ
って、起電部流入部３の下流、および起電部流出部４の
上流のガス流量が均一化され、結果的に起電部全域でガ
ス流量が均一化される。
【００２８】この第３実施例の構成について、ガス流路
の流れの様子を、汎用流体解析コードを用いてシミュレ
ーションした結果の等圧線図を図１０に示す。起電部流
入部付近の等圧線１０１、および起電部流出部の等圧線
１０３ともに、ほぼ起電部の等圧線１０２と平行にな
り、起電部流入部および、起電部流出部において供にガ
ス流量の分布が小さいことが分かる。さらに本第３実施
例と従来例との差を、前述の偏流率によって示すと、従
来例の２５％に対して、本第３実施例では起電部流入部
で４．６％、起電部流出部で８．６％と、流量分布は起
電部全域でほぼ１／５〜１／３に抑えられている。 （第４実施例）図１１は、第１の発明の燃料電池の第４
実施例に係わるセパレータ部分に配置される台形フィン
群の配置図である。
の流れの様子を、汎用流体解析コードを用いてシミュレ
ーションした結果の等圧線図を図１０に示す。起電部流
入部付近の等圧線１０１、および起電部流出部の等圧線
１０３ともに、ほぼ起電部の等圧線１０２と平行にな
り、起電部流入部および、起電部流出部において供にガ
ス流量の分布が小さいことが分かる。さらに本第３実施
例と従来例との差を、前述の偏流率によって示すと、従
来例の２５％に対して、本第３実施例では起電部流入部
で４．６％、起電部流出部で８．６％と、流量分布は起
電部全域でほぼ１／５〜１／３に抑えられている。 （第４実施例）図１１は、第１の発明の燃料電池の第４
実施例に係わるセパレータ部分に配置される台形フィン
群の配置図である。
【００２９】第４実施例の構成では、台形フィン群１１
７は、流入部２と起電部流入部３との間の拡大流路１１
０に配置される。第１〜第３の実施例では台形フィン群
をガスの流れ方向に対してほぼ垂直方向に３分割して配
置していたのに対し、本第４実施例では分割しない構成
で台形フィン群１１７を配置している。
７は、流入部２と起電部流入部３との間の拡大流路１１
０に配置される。第１〜第３の実施例では台形フィン群
をガスの流れ方向に対してほぼ垂直方向に３分割して配
置していたのに対し、本第４実施例では分割しない構成
で台形フィン群１１７を配置している。
【００３０】図中矢印１１１、１１２、１１３で示すガ
スの流れ方向に対する台形フィン群１１７の配列の角度
は、それぞれ約０度、４５度、９０度となり、台形フィ
ン群を分割して配置した上述の第１〜第３実施例とほぼ
同様な角度配置となる。このため、流れに垂直な方向の
流路抵抗の分布も第１の実施例の場合とほぼ同様となる
ため、起電部流入部でのガス流量の均一化が可能であ
る。
スの流れ方向に対する台形フィン群１１７の配列の角度
は、それぞれ約０度、４５度、９０度となり、台形フィ
ン群を分割して配置した上述の第１〜第３実施例とほぼ
同様な角度配置となる。このため、流れに垂直な方向の
流路抵抗の分布も第１の実施例の場合とほぼ同様となる
ため、起電部流入部でのガス流量の均一化が可能であ
る。
【００３１】また、この第４実施例では、流入部２と起
電部流入部３との間に台形フィン群１１７を配置した場
合について述べたが、第２実施例と同様に起電部流出部
４と流出部５との間、あるいは、第３実施例と同様に流
入部２と起電部流入部３との間および起電部流出部４と
流出部５との間の双方に台形フィン群を配置してもよい
のは前記の実施例と同様である。 （第１〜第４実施例の付帯効果）上記の第１〜第４のい
ずれの実施例においても、ガス流路に配置された台形フ
ィンは、ガス流路の剛性を高めるとともに、流路の高さ
寸法を精度よく保つことにも効果がある。また、台形フ
ィンを触媒担体として用い、原料ガスを燃料ガスに改質
する改質触媒をガス流入部２と起電部流入部３との間に
配置する台形フィンに保持させることにより、起電部流
入部３において完全に改質された燃料ガスを用いること
のできる直接内部改質燃料電池が構成できる等、その作
用・効果は多岐にわたる。 （変形例）また、上記の各実施例においては、流路抵抗
を変化させるために、台形フィンのガス流れに対する角
度を変化させるように構成しているが、流路抵抗を変化
させる方法としては、上記実施例に限定されるものでは
ない。
電部流入部３との間に台形フィン群１１７を配置した場
合について述べたが、第２実施例と同様に起電部流出部
４と流出部５との間、あるいは、第３実施例と同様に流
入部２と起電部流入部３との間および起電部流出部４と
流出部５との間の双方に台形フィン群を配置してもよい
のは前記の実施例と同様である。 （第１〜第４実施例の付帯効果）上記の第１〜第４のい
ずれの実施例においても、ガス流路に配置された台形フ
ィンは、ガス流路の剛性を高めるとともに、流路の高さ
寸法を精度よく保つことにも効果がある。また、台形フ
ィンを触媒担体として用い、原料ガスを燃料ガスに改質
する改質触媒をガス流入部２と起電部流入部３との間に
配置する台形フィンに保持させることにより、起電部流
入部３において完全に改質された燃料ガスを用いること
のできる直接内部改質燃料電池が構成できる等、その作
用・効果は多岐にわたる。 （変形例）また、上記の各実施例においては、流路抵抗
を変化させるために、台形フィンのガス流れに対する角
度を変化させるように構成しているが、流路抵抗を変化
させる方法としては、上記実施例に限定されるものでは
ない。
【００３２】例えば、図１２に示すように流路中に、流
路抵抗部材の他の例としての柱状の突起１３０を複数配
置し、この配置密度（突起の単位面積当りの数あるいは
大きさ、あるいは形状など）を変化させても同様の作用
・効果を得ることができる。またこの柱状の突起の形状
も、図１２に示す円柱状の突起１３０に限定されること
なく、角柱状その他の形状のものを適用することができ
る。
路抵抗部材の他の例としての柱状の突起１３０を複数配
置し、この配置密度（突起の単位面積当りの数あるいは
大きさ、あるいは形状など）を変化させても同様の作用
・効果を得ることができる。またこの柱状の突起の形状
も、図１２に示す円柱状の突起１３０に限定されること
なく、角柱状その他の形状のものを適用することができ
る。
【００３３】あるいは、図１３に示すように第１〜第４
実施例で示した台形フィンの代わりに流路抵抗部材とし
て、半矩形状フィン１３１あるいは図１４に示すように
半円筒状フィン１３２等を配置しても同様の作用・効果
を得ることができ、フィンの形状も本発明の要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施することができる。
実施例で示した台形フィンの代わりに流路抵抗部材とし
て、半矩形状フィン１３１あるいは図１４に示すように
半円筒状フィン１３２等を配置しても同様の作用・効果
を得ることができ、フィンの形状も本発明の要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３４】あるいは図示は省略するが流路の一部にフ
ェルト状の部材を配置する等の方法によっても流路抵抗
を変化させることができる。このフェルト状部材の一例
としては、高温環境で耐腐食性にも優れている、例えば
Ｎｉの繊維をフェルト状に形成したもの等が適用でき
る。なお、フェルト状部材についても種々の材質のもの
を適用できることは明白である。
ェルト状の部材を配置する等の方法によっても流路抵抗
を変化させることができる。このフェルト状部材の一例
としては、高温環境で耐腐食性にも優れている、例えば
Ｎｉの繊維をフェルト状に形成したもの等が適用でき
る。なお、フェルト状部材についても種々の材質のもの
を適用できることは明白である。
【００３５】またさらに、第１〜第３実施例において台
形フィン群がガスの流れ方向に対して３分割で配置され
ていたが、３分割に限定されること無く、起電部流入口
あるいは流出口においてガスの圧力がほぼ一定となるよ
うに配置されていれば分割の形態は限定されることはな
い。 ［第２の発明］図１５は、第２の発明の一実施例を示す
台形フィンの配置図である。図１６に示す従来例の燃料
電池の起電部ガス流路には、集電板２０９，２１０とし
て、図３に示す台形フィン３１に相当する部材が配設さ
れている。集電板についても、台形フィン配列とガス流
れ方向との角度によって流路抵抗が異なるため、一般に
は起電部全域において、流路抵抗が最も小さくなるよう
にガス流れに対して０度の配列が用いられている。
形フィン群がガスの流れ方向に対して３分割で配置され
ていたが、３分割に限定されること無く、起電部流入口
あるいは流出口においてガスの圧力がほぼ一定となるよ
うに配置されていれば分割の形態は限定されることはな
い。 ［第２の発明］図１５は、第２の発明の一実施例を示す
台形フィンの配置図である。図１６に示す従来例の燃料
電池の起電部ガス流路には、集電板２０９，２１０とし
て、図３に示す台形フィン３１に相当する部材が配設さ
れている。集電板についても、台形フィン配列とガス流
れ方向との角度によって流路抵抗が異なるため、一般に
は起電部全域において、流路抵抗が最も小さくなるよう
にガス流れに対して０度の配列が用いられている。
【００３６】この第２の発明においては、流路抵抗部材
としての台形フィン群に相当する配列が、起電部流入部
３の下流においてガス流れに対してほぼ６０度の角度と
なるように設定された集電板１２４ａからなる第１の領
域と、ガス流れに対して０度の角度となるように設定さ
れた集電板１２４ｂから成る第２の領域とから集電板１
２４を構成している。
としての台形フィン群に相当する配列が、起電部流入部
３の下流においてガス流れに対してほぼ６０度の角度と
なるように設定された集電板１２４ａからなる第１の領
域と、ガス流れに対して０度の角度となるように設定さ
れた集電板１２４ｂから成る第２の領域とから集電板１
２４を構成している。
【００３７】つまり、起電部流入部３の下流の一部の領
域を他の領域よりも流路抵抗を増加させている。この構
成によって、図中矢印１２３で示すガスの流れ方向に対
して概ね垂直な方向において、流路抵抗が起電部流入部
３における流量分布がほぼ均一となるように設定されて
いることになる。なお、ここでは、起電部流入部３の下
流の一部の集電板１２４ａの領域において台形フィンに
相当する部材の配列を変化させているが、これに限定さ
れるものではない。
域を他の領域よりも流路抵抗を増加させている。この構
成によって、図中矢印１２３で示すガスの流れ方向に対
して概ね垂直な方向において、流路抵抗が起電部流入部
３における流量分布がほぼ均一となるように設定されて
いることになる。なお、ここでは、起電部流入部３の下
流の一部の集電板１２４ａの領域において台形フィンに
相当する部材の配列を変化させているが、これに限定さ
れるものではない。
【００３８】つまり、上記第１の発明の第２実施例に相
当するように起電部流出部４の上流に、あるいは、同じ
く第３実施例に相当するように起電部流入部３の下流と
起電部流出部４の上流との双方に設けていも良く、また
その他の部位、さらにはこれらの複数の部位において、
集電板１２４に形成される抵抗部材の配列をガスの均一
な流量分布を得るように変化させていも良い。
当するように起電部流出部４の上流に、あるいは、同じ
く第３実施例に相当するように起電部流入部３の下流と
起電部流出部４の上流との双方に設けていも良く、また
その他の部位、さらにはこれらの複数の部位において、
集電板１２４に形成される抵抗部材の配列をガスの均一
な流量分布を得るように変化させていも良い。
【００３９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
単電池の起電部を流れるガスの流量はいずれの部位にお
いてもほぼ均一化され、流量不均一による燃料電池の性
能低下を生じることなく、高い性能を維持することがで
きる。
単電池の起電部を流れるガスの流量はいずれの部位にお
いてもほぼ均一化され、流量不均一による燃料電池の性
能低下を生じることなく、高い性能を維持することがで
きる。
【図１】 第１の発明の第１実施例のセパレータを示す
斜視図。
斜視図。
【図２】 第１の発明の第１実施例の燃料電池を示す断
面図。
面図。
【図３】 第１の発明の第１実施例に係わる台形フィン
を拡大して示す要部拡大斜視図。
を拡大して示す要部拡大斜視図。
【図４】 第１の発明の第１実施例に係わる台形フィン
の流路抵抗の特性を示す特性図。
の流路抵抗の特性を示す特性図。
【図５】 第１の発明の第１実施例に係わる台形フィン
の配置の様子を示す配置図。
の配置の様子を示す配置図。
【図６】 第１の発明の第１実施例に係わるガス流路の
ガスの流れを示す等圧線図。
ガスの流れを示す等圧線図。
【図７】 従来例に係わるガス流路のガスの流れを示す
等圧線図。
等圧線図。
【図８】 第１の発明の第２実施例に係わる台形フィン
の配置の様子を示す配置図。
の配置の様子を示す配置図。
【図９】 第１の発明の第３実施例に係わる台形フィン
の配置の様子を示す配置図。
の配置の様子を示す配置図。
【図１０】 第１の発明の第３実施例に係わるガス流路
のガスの流れを示す等圧線図。
のガスの流れを示す等圧線図。
【図１１】 第１の発明の第４実施例に係わる台形フィ
ンの配置の様子を示す配置図。
ンの配置の様子を示す配置図。
【図１２】 第１の発明の変形例に係わる流路抵抗部材
の配置の様子を示す配置図。
の配置の様子を示す配置図。
【図１３】 第１の発明の変形例に係わる流路抵抗部材
の配置の様子を示す配置図。
の配置の様子を示す配置図。
【図１４】 第１の発明の変形例に係わる流路抵抗部材
の配置の様子を示す配置図。
の配置の様子を示す配置図。
【図１５】 第２の発明に係わる流路抵抗部材の配置の
様子を示す配置図。
様子を示す配置図。
【図１６】 従来例の燃料電池を示す分解斜視図。
【図１７】 従来例の燃料電池を示す断面図。
【図１８】 従来例の燃料電池のセパレータを示す斜視
図。
図。
２ ガス流入部（ガス流入路） ３ 起電部流入部（起電部のガス入口部分） ４ 起電部流出部（起電部のガス出口部分） ５ ガス流出部（ガス流出路） ６ ガスの流れ方向 ７ 台形フィン群（流路抵抗部材） ８ 台形フィン群（流路抵抗部材） ９ 台形フィン群（流路抵抗部材） １０ ガス流路 １１ ガスの流れ方向 ２１ スプリング ２２ 電解質マトリックス ２３ カソード ２４ カソード集電板 ２６ アノード ２８ アノード集電板 ３１ 台形フィン（流路抵抗部材） ８７ 台形フィン群（流路抵抗部材） ８８ 台形フィン群（流路抵抗部材） ８９ 台形フィン群（流路抵抗部材） １１７ 台形フィン群（流路抵抗部材） １２４ 集電板 １３０ 突起（流路抵抗部材） １３１ 半矩形状フィン（流路抵抗部材） １３２ 半円筒状フィン（流路抵抗部材）
Claims (3)
- 【請求項１】単電池の起電部にガスの供給を行うための
ガス流入路と、前記起電部からガスの排出を行うための
ガス流出路とを備え、前記ガス流入路あるいは前記ガス
流出路の少なくとも一方に、前記起電部のガス入口部分
あるいは出口部分において前記ガスの流れ方向に対して
ほぼ垂直方向に関して前記ガスの圧力分布をほぼ均一化
させるように流路抵抗を設定したことを特徴とする燃料
電池。 - 【請求項２】単電池の起電部にガスを供給し前記起電部
内を通して前記ガスの排出を行うガス流路を備え、前記
起電部内の前記ガス流路に、前記ガスの流れ方向に対し
てほぼ垂直方向に関して前記ガスの圧力分布をほぼ均一
化させるように流路抵抗を設定したことを特徴とする燃
料電池。 - 【請求項３】前記流路抵抗の設定は、前記ガス流入路あ
るいは前記ガス流出路、あるいは前記起電部内の前記ガ
ス流路のうち、少なくともいずれか一箇所の流路に、流
路抵抗部材を配設することにより設定されたものである
ことを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の燃
料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5054395A JPH06267559A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5054395A JPH06267559A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06267559A true JPH06267559A (ja) | 1994-09-22 |
Family
ID=12969498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5054395A Pending JPH06267559A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06267559A (ja) |
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