JPH0646571B2 - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
- Publication number
- JPH0646571B2 JPH0646571B2 JP60219660A JP21966085A JPH0646571B2 JP H0646571 B2 JPH0646571 B2 JP H0646571B2 JP 60219660 A JP60219660 A JP 60219660A JP 21966085 A JP21966085 A JP 21966085A JP H0646571 B2 JPH0646571 B2 JP H0646571B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- fuel
- peripheral portion
- hole
- separator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 40
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 107
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 64
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 63
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 54
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 35
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 20
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
-
- 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
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネル
ギーに変換させるエネルギー部門で用いる燃料電池に関
するもので、特に、電解質板の両面を酸素極と燃料極で
挾み、酸素極側に酸化ガスを、燃料極側に燃料ガスをそ
れぞれ流せるようにするガスの出入口部に特徴をもたせ
た内部マニホールド型の燃料電池に関するものである。
ギーに変換させるエネルギー部門で用いる燃料電池に関
するもので、特に、電解質板の両面を酸素極と燃料極で
挾み、酸素極側に酸化ガスを、燃料極側に燃料ガスをそ
れぞれ流せるようにするガスの出入口部に特徴をもたせ
た内部マニホールド型の燃料電池に関するものである。
［従来の技術］ 燃料電池は、電解質板を酸素極と燃料極とにより両面か
ら挾み、各電極に酸化ガスと燃料ガスを供給することに
より酸素極と燃料極との間で発生する電位差により発電
が行われるようにしたユニットを、セパレータを介して
複数層に積層させた構成としてある。
ら挾み、各電極に酸化ガスと燃料ガスを供給することに
より酸素極と燃料極との間で発生する電位差により発電
が行われるようにしたユニットを、セパレータを介して
複数層に積層させた構成としてある。
従来、かかる燃料電池において、電解質板を挾んで酸素
極側に供給する酸化ガスと燃料極側に供給する燃料ガス
の流れ形式によって、直交流型、対向流型、並行流型の
燃料電池に分けられていた。
極側に供給する酸化ガスと燃料極側に供給する燃料ガス
の流れ形式によって、直交流型、対向流型、並行流型の
燃料電池に分けられていた。
そのうちの並行流型燃料電池は、第４図に示す如く、電
解質板１を上下両面から酸素極２と燃料極３とにより挾
んでなるユニットを、セパレータ４を介して積層させた
構成において、各層の酸素極２側に供給する酸化ガスOG
と燃料極３側に供給される燃料ガスFGとが電解質板１を
挾んで同一方向へ並行に流れるようにセパレータ４のガ
ス通路5,6の向きを定めると共に、該セパレータ４を挾
んで流れる酸化ガスOGと燃料ガスFGも上記と同一の方向
へ並行して流れるようにしてある。
解質板１を上下両面から酸素極２と燃料極３とにより挾
んでなるユニットを、セパレータ４を介して積層させた
構成において、各層の酸素極２側に供給する酸化ガスOG
と燃料極３側に供給される燃料ガスFGとが電解質板１を
挾んで同一方向へ並行に流れるようにセパレータ４のガ
ス通路5,6の向きを定めると共に、該セパレータ４を挾
んで流れる酸化ガスOGと燃料ガスFGも上記と同一の方向
へ並行して流れるようにしてある。
そのために、従来の並行流型燃料電池では、第５図及び
第６図に一例を示す如く、電解質板１とセパレータ４、
及び電極2,3がセパレータ４により電解質板１へ押し付
け過ぎるのを防止すると共に酸化ガスOG及び燃料ガスFG
をセパレータ４両面に沿い流すようにするための酸素極
側スペーサ７、燃料極側スペーサ８の各周辺部の一側
に、酸化ガスOGの供給流路孔９と燃料ガスFGの供給流路
孔10のみを適宜の間隔で交互に設けると共に、上記周辺
部の他側に、酸化ガスOGの排出流路孔11と燃料ガスFGの
排出流路孔12のみを適宜の間隔で交互に設けている。更
に、各層において各セパレータ４の両面に酸化ガスOGと
燃料ガスFGとを供給して排出できるようにするため、各
層の酸素極側スペーサ７に設けられたすべての酸化ガス
供給流路孔９及び各酸化ガス排出流路孔11の部分に切欠
13,14を設け、酸素極側スペーサ７の個所で供給側の酸
化ガスOGのみがすべてセパレータ４のガス通路５に導か
れた後、排出流路孔11に流出させられるようにしてあ
る。同様に各層の燃料極側スペーサ８に設けられたすべ
ての燃料ガス供給通路孔10及び各燃料排出流路孔12の部
分には切欠15,16を設け、燃料極側スペーサ７の個所で
は燃料ガスFGのみがすべての供給流路孔10からすべての
排出流路孔12へ流されるようにしてある。
第６図に一例を示す如く、電解質板１とセパレータ４、
及び電極2,3がセパレータ４により電解質板１へ押し付
け過ぎるのを防止すると共に酸化ガスOG及び燃料ガスFG
をセパレータ４両面に沿い流すようにするための酸素極
側スペーサ７、燃料極側スペーサ８の各周辺部の一側
に、酸化ガスOGの供給流路孔９と燃料ガスFGの供給流路
孔10のみを適宜の間隔で交互に設けると共に、上記周辺
部の他側に、酸化ガスOGの排出流路孔11と燃料ガスFGの
排出流路孔12のみを適宜の間隔で交互に設けている。更
に、各層において各セパレータ４の両面に酸化ガスOGと
燃料ガスFGとを供給して排出できるようにするため、各
層の酸素極側スペーサ７に設けられたすべての酸化ガス
供給流路孔９及び各酸化ガス排出流路孔11の部分に切欠
13,14を設け、酸素極側スペーサ７の個所で供給側の酸
化ガスOGのみがすべてセパレータ４のガス通路５に導か
れた後、排出流路孔11に流出させられるようにしてあ
る。同様に各層の燃料極側スペーサ８に設けられたすべ
ての燃料ガス供給通路孔10及び各燃料排出流路孔12の部
分には切欠15,16を設け、燃料極側スペーサ７の個所で
は燃料ガスFGのみがすべての供給流路孔10からすべての
排出流路孔12へ流されるようにしてある。
［発明が解決しようとする問題点］ ところが、並行流型燃料電池では、酸化ガスOGと燃料ガ
スFGがセパレータ４及び電解質板１を挾んで並行に供給
側から排出側へ流れる間に、セパレータ４を介して酸化
ガスと燃料ガスとの熱交換によって両ガスの温度差はほ
とんどなく、流れ方向に進むに従って電解質板１からの
発熱によって電解質板（電極もほぼ同一温度）、酸化ガ
ス、燃料ガス及びセパレータの各温度は一様に増加し、
電解質板１の全平面では、両ガスの排出側に高温部が発
生し、両ガスの入口側では温度は低く、排出側で温度が
高いという温度分布となる。これに伴ない発電電流密度
分布も電解質板全面で均一化できず、効率が低下する。
上記のように電解質板の入口側と排出側で大きな温度勾
配が生ずると、電解質板の熱応力が大きく、又、寿命短
縮する。
スFGがセパレータ４及び電解質板１を挾んで並行に供給
側から排出側へ流れる間に、セパレータ４を介して酸化
ガスと燃料ガスとの熱交換によって両ガスの温度差はほ
とんどなく、流れ方向に進むに従って電解質板１からの
発熱によって電解質板（電極もほぼ同一温度）、酸化ガ
ス、燃料ガス及びセパレータの各温度は一様に増加し、
電解質板１の全平面では、両ガスの排出側に高温部が発
生し、両ガスの入口側では温度は低く、排出側で温度が
高いという温度分布となる。これに伴ない発電電流密度
分布も電解質板全面で均一化できず、効率が低下する。
上記のように電解質板の入口側と排出側で大きな温度勾
配が生ずると、電解質板の熱応力が大きく、又、寿命短
縮する。
そこで、本発明は、かかる問題を解消するため、電解質
板全平面において温度差が生じることを少なくして温度
分布の均一化を図ると共に電流密度分布を電解質板の全
平面で均一化した高い電池性能が得られるようにしよう
とするものである。
板全平面において温度差が生じることを少なくして温度
分布の均一化を図ると共に電流密度分布を電解質板の全
平面で均一化した高い電池性能が得られるようにしよう
とするものである。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は、電解質板(1)の両面を酸素極(2)と燃料極(3)
を挾むように構成された単セルと、一方の面の中央部に
ガス通路(5)が形成され且つ他方の面の中央部にガス通
路(6)が形成されたセパレータ(4)とを、上記電解質板
(1)の周辺部とセパレータ(4)の周辺部とが互いに気密に
接触するように積層し、 上記電解質板(1)、セパレータ(4)の上記周辺部一側に、
それぞれ外部から供給される未反応の酸化ガスの供給流
路孔(9)及び燃料ガスの供給流路孔(10)と、酸化ガスの
排出流路孔(11)及び燃料ガスの排出流路孔(12)とを設け
ると共に、上記電解質板(1)、セパレータ(4)の周辺部一
側と対向する周辺部他側に、それぞれ外部から供給され
る未反応の酸化ガスの供給流路孔(9)及び燃料ガスの供
給流路孔(10)と、酸化ガスの排出流路孔(11)及び燃料ガ
スの排出流路孔(12)とを設け、 上記周辺部一側に設けられた酸化ガスの供給流路孔(9)
と上記周辺部他側に設けられた酸化ガスの排出流路孔(1
1)とをそれぞれ連通路を介してガス通路(5)に連通せし
め且つ上記周辺部一側に設けられた燃料ガスの供給流路
孔(10)と上記周辺部他側に設けられた燃料ガスの排出流
路孔(12)とをそれぞれ連通路を介してガス通路(6)に連
通せしめたセパレータ(4)と、上記周辺部他側に設けら
れた酸化ガスの供給流路孔(9)と上記周辺部一側に設け
られた酸化ガスの排出流路孔(11)とをそれぞれ連通路を
介してガス通路(5)に連通せしめ且つ上記周辺部他側に
設けられた燃料ガスの供給流路孔(10)と周辺部一側に設
けられた燃料ガスの排出流路孔(12)とをそれぞれ連通路
を介してガス通路(6)に連通せしめたセパレータ(4)とが
上記単セルを挾んで交互に配設されるよう構成したこと
を特徴とするものである。
を挾むように構成された単セルと、一方の面の中央部に
ガス通路(5)が形成され且つ他方の面の中央部にガス通
路(6)が形成されたセパレータ(4)とを、上記電解質板
(1)の周辺部とセパレータ(4)の周辺部とが互いに気密に
接触するように積層し、 上記電解質板(1)、セパレータ(4)の上記周辺部一側に、
それぞれ外部から供給される未反応の酸化ガスの供給流
路孔(9)及び燃料ガスの供給流路孔(10)と、酸化ガスの
排出流路孔(11)及び燃料ガスの排出流路孔(12)とを設け
ると共に、上記電解質板(1)、セパレータ(4)の周辺部一
側と対向する周辺部他側に、それぞれ外部から供給され
る未反応の酸化ガスの供給流路孔(9)及び燃料ガスの供
給流路孔(10)と、酸化ガスの排出流路孔(11)及び燃料ガ
スの排出流路孔(12)とを設け、 上記周辺部一側に設けられた酸化ガスの供給流路孔(9)
と上記周辺部他側に設けられた酸化ガスの排出流路孔(1
1)とをそれぞれ連通路を介してガス通路(5)に連通せし
め且つ上記周辺部一側に設けられた燃料ガスの供給流路
孔(10)と上記周辺部他側に設けられた燃料ガスの排出流
路孔(12)とをそれぞれ連通路を介してガス通路(6)に連
通せしめたセパレータ(4)と、上記周辺部他側に設けら
れた酸化ガスの供給流路孔(9)と上記周辺部一側に設け
られた酸化ガスの排出流路孔(11)とをそれぞれ連通路を
介してガス通路(5)に連通せしめ且つ上記周辺部他側に
設けられた燃料ガスの供給流路孔(10)と周辺部一側に設
けられた燃料ガスの排出流路孔(12)とをそれぞれ連通路
を介してガス通路(6)に連通せしめたセパレータ(4)とが
上記単セルを挾んで交互に配設されるよう構成したこと
を特徴とするものである。
［作用］ 電解質板(1)を挾んで流れる酸化ガスと燃料ガスは対向
する位置の各供給流路孔(9)(10)からセパレータ(4)の各
ガス通路(5)(6)に沿って流されて対向流となる。これに
より酸化ガスと燃料ガスの反応を電解質板(1)の全平面
で均一に保つことができ、電解質板(1)の全面をその最
高性能で利用できて高い電流密度が得られる。又、セパ
レータ(4)を挾んで各ガス通路(5)(6)を流れる酸化ガス
と燃料ガスは並行流となるので、電解質板(1)全面を最
適な温度に均一化させることができる。
する位置の各供給流路孔(9)(10)からセパレータ(4)の各
ガス通路(5)(6)に沿って流されて対向流となる。これに
より酸化ガスと燃料ガスの反応を電解質板(1)の全平面
で均一に保つことができ、電解質板(1)の全面をその最
高性能で利用できて高い電流密度が得られる。又、セパ
レータ(4)を挾んで各ガス通路(5)(6)を流れる酸化ガス
と燃料ガスは並行流となるので、電解質板(1)全面を最
適な温度に均一化させることができる。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例を示すもので、第５図及び第
６図と同様に電極に対応する中央部を切り抜いて空間部
としてある酸化極スペーサ７と燃料極側スペーサ８を電
解質板１とセパレータ４との間に介在させて使用し、セ
パレータ４の中央部の凹凸が電極2,3を強く押し付ける
ことがないようにしてある燃料電池において、各層の電
解質板１、セパレータ４、酸素極側スペーサ7a,7b及び
燃料極側スペーサ8a,8bのそれぞれの周辺部の一側に、
酸化ガスの供給流路孔９及び排出流路孔11、燃料ガスの
供給通路孔10及び排出流路孔12とをそれぞれ適宜間隔で
設けると共に、相対向する周辺部の他側にも、上記各流
路孔9,11、10,12を適宜間隔で設ける。
６図と同様に電極に対応する中央部を切り抜いて空間部
としてある酸化極スペーサ７と燃料極側スペーサ８を電
解質板１とセパレータ４との間に介在させて使用し、セ
パレータ４の中央部の凹凸が電極2,3を強く押し付ける
ことがないようにしてある燃料電池において、各層の電
解質板１、セパレータ４、酸素極側スペーサ7a,7b及び
燃料極側スペーサ8a,8bのそれぞれの周辺部の一側に、
酸化ガスの供給流路孔９及び排出流路孔11、燃料ガスの
供給通路孔10及び排出流路孔12とをそれぞれ適宜間隔で
設けると共に、相対向する周辺部の他側にも、上記各流
路孔9,11、10,12を適宜間隔で設ける。
上記セパレータ４を挾んで流れる酸化ガスOG-1,OG-2と
燃料ガスFG-1,FG-2が並行流となるようにし且つ電解質
板１を挾んで流れる酸化ガスOG-1,OG-2と燃料ガスFG-1,
FG-2とは互に反対方向の流れとなる対向流となるように
それぞれガスが流せるようにするため、電解質板１の直
上方に位置する酸素極側スペーサ7aの周辺部一側に設け
られた酸化ガス排出流路孔11のみを中央部の空間に開口
させるための切欠13を設けると共に、上記酸素極側スペ
ーサ7aの周辺部一側に相対する周辺部他側に設けられた
酸化ガス供給流路孔９のみを中央部の空間に開口させる
ための切欠14を設け、又、上記酸素極側スペーサ7aの上
方に位置する燃料極側スペーサ8aの周辺部一側に設けら
れた燃料ガス排出流路孔12のみを中央部の空間に開口さ
せるための切欠15を設けると共に、相対する周辺部他側
に設けられた燃料ガス供給流路孔10のみを中央部の空間
に開口させるための切欠16を設ける。一方、電解質板１
の直下方に位置する燃料極側スペーサ8bでは、周辺一側
に設けられている燃料ガス供給流路孔10のみを中央部の
空間に開口させる切欠16を設けると共に、相対する周辺
部他側に設けられている燃料ガス排出流路孔12のみを中
央部の空間に開口させる切欠15を設け、又、上記燃料極
側スペーサ8bの下方に位置する酸素極側スペーサ7bで
は、周辺部一側に設けられている酸化ガス供給流路孔９
のみを中央部の空間に開口させる切欠14を設けると共
に、相対する周辺部他側に設けられている酸化ガス排出
流路孔11のみを中央部の空間に開口させる切欠13を設け
る。
燃料ガスFG-1,FG-2が並行流となるようにし且つ電解質
板１を挾んで流れる酸化ガスOG-1,OG-2と燃料ガスFG-1,
FG-2とは互に反対方向の流れとなる対向流となるように
それぞれガスが流せるようにするため、電解質板１の直
上方に位置する酸素極側スペーサ7aの周辺部一側に設け
られた酸化ガス排出流路孔11のみを中央部の空間に開口
させるための切欠13を設けると共に、上記酸素極側スペ
ーサ7aの周辺部一側に相対する周辺部他側に設けられた
酸化ガス供給流路孔９のみを中央部の空間に開口させる
ための切欠14を設け、又、上記酸素極側スペーサ7aの上
方に位置する燃料極側スペーサ8aの周辺部一側に設けら
れた燃料ガス排出流路孔12のみを中央部の空間に開口さ
せるための切欠15を設けると共に、相対する周辺部他側
に設けられた燃料ガス供給流路孔10のみを中央部の空間
に開口させるための切欠16を設ける。一方、電解質板１
の直下方に位置する燃料極側スペーサ8bでは、周辺一側
に設けられている燃料ガス供給流路孔10のみを中央部の
空間に開口させる切欠16を設けると共に、相対する周辺
部他側に設けられている燃料ガス排出流路孔12のみを中
央部の空間に開口させる切欠15を設け、又、上記燃料極
側スペーサ8bの下方に位置する酸素極側スペーサ7bで
は、周辺部一側に設けられている酸化ガス供給流路孔９
のみを中央部の空間に開口させる切欠14を設けると共
に、相対する周辺部他側に設けられている酸化ガス排出
流路孔11のみを中央部の空間に開口させる切欠13を設け
る。
上記各酸化ガス供給流路孔９及び排出流路孔11と燃料ガ
ス供給流路孔10及び排出流路孔12には、燃料電池の外部
に配した配管が接続される。
ス供給流路孔10及び排出流路孔12には、燃料電池の外部
に配した配管が接続される。
電解質板１、セパレータ４、スペーサ7a,7b、8a,8bの各
周辺部の相対向する位置に設けられている各酸化ガス供
給流路孔９に外部から未反応の酸化ガスを導入し、又、
各燃料ガス供給流路孔10に外部から未反応の燃料ガスを
導入すると、或る段のセパレータ４を挾んで流れる酸化
ガスOG-1と燃料ガスFG-2、あるいは酸化ガスOG-2と燃料
ガスFG-1は矢印で示す如く同一方向に流れる並行流とな
るが、電解質板１を挾んで流れる酸化ガスOG-1と燃料ガ
スFG-1、あるいは酸化ガスOG-2と燃料ガスFG-2は互に反
対方向に流れる対向流となる。すなわち、上記両ガスの
流れ方向は、ガスの流れのみを示す第２図のようにな
る。これにより、電解質板１の両面では酸化ガスと燃料
ガスとが対向流となることから、燃料ガスはその入側で
濃度が高く、出側へ向けて濃度が低くなる一方、酸化ガ
スはその入側（即ち燃料ガスの出側）で濃度が高く、出
側（即ち燃料ガスの入側）へ向けて濃度が低くなり、互
いに相手の濃度低下分を補うような形となって、燃料ガ
スと酸化ガスの反応を電解質板１の全平面で均一化させ
ることができ、又、セパレータ４を挾んで酸化ガスOG-1
又はOG-2及び燃料ガスFG-2又はFG-1が並行流となるので
電解質板１全面を最適な温度に均一化させることができ
る。このように、本発明では、対向流の特長と並行流の
特長を同時に得られて第３図に示す如き温度分布、電流
密度分布となる。すなわち、１つのセパレータ４を挾ん
で流れる酸化ガスOG-1と燃料ガスFG-2は入口部ａから曲
線Ｉで示す如く一様に昇温される。一方、隣接する他の
セパレータ４を挾んで流れる酸化ガスOG-2と燃料ガスFG
-1は、その排出側から入口部ｂに向けて曲線IIで示す如
く逆に流れ方向距離Ｘにつれて一様に降温して行く。電
解質板１の温度は、電解質板１を挾んで流れる酸化ガス
OG-1と燃料ガスFG-1の温度が対向して流れるので、両ガ
スの平均温度に近くなり、ほぼ平坦な温度分布を得るこ
とができる。
周辺部の相対向する位置に設けられている各酸化ガス供
給流路孔９に外部から未反応の酸化ガスを導入し、又、
各燃料ガス供給流路孔10に外部から未反応の燃料ガスを
導入すると、或る段のセパレータ４を挾んで流れる酸化
ガスOG-1と燃料ガスFG-2、あるいは酸化ガスOG-2と燃料
ガスFG-1は矢印で示す如く同一方向に流れる並行流とな
るが、電解質板１を挾んで流れる酸化ガスOG-1と燃料ガ
スFG-1、あるいは酸化ガスOG-2と燃料ガスFG-2は互に反
対方向に流れる対向流となる。すなわち、上記両ガスの
流れ方向は、ガスの流れのみを示す第２図のようにな
る。これにより、電解質板１の両面では酸化ガスと燃料
ガスとが対向流となることから、燃料ガスはその入側で
濃度が高く、出側へ向けて濃度が低くなる一方、酸化ガ
スはその入側（即ち燃料ガスの出側）で濃度が高く、出
側（即ち燃料ガスの入側）へ向けて濃度が低くなり、互
いに相手の濃度低下分を補うような形となって、燃料ガ
スと酸化ガスの反応を電解質板１の全平面で均一化させ
ることができ、又、セパレータ４を挾んで酸化ガスOG-1
又はOG-2及び燃料ガスFG-2又はFG-1が並行流となるので
電解質板１全面を最適な温度に均一化させることができ
る。このように、本発明では、対向流の特長と並行流の
特長を同時に得られて第３図に示す如き温度分布、電流
密度分布となる。すなわち、１つのセパレータ４を挾ん
で流れる酸化ガスOG-1と燃料ガスFG-2は入口部ａから曲
線Ｉで示す如く一様に昇温される。一方、隣接する他の
セパレータ４を挾んで流れる酸化ガスOG-2と燃料ガスFG
-1は、その排出側から入口部ｂに向けて曲線IIで示す如
く逆に流れ方向距離Ｘにつれて一様に降温して行く。電
解質板１の温度は、電解質板１を挾んで流れる酸化ガス
OG-1と燃料ガスFG-1の温度が対向して流れるので、両ガ
スの平均温度に近くなり、ほぼ平坦な温度分布を得るこ
とができる。
電流密度は、曲線IIIで示す如く、電解質板１の温度が
均一であり、且つ酸化ガスと燃料ガスの反応が電解質板
１全平面でほぼ均一に行われることからほとんど電解質
板温度と同一の平坦化された分布となる。
均一であり、且つ酸化ガスと燃料ガスの反応が電解質板
１全平面でほぼ均一に行われることからほとんど電解質
板温度と同一の平坦化された分布となる。
上記においては、酸化ガスOG-1,OG-2、燃料ガスFG-1,FG
-2の入口温度を適当に選ぶことで電解質板１の全面がそ
の最適作動温度に維持されるので、全面での発電量が高
い値に維持できる。又、電解質板１、酸素極２、燃料極
３及びセパレータ４が第３図に示す如く全面でほぼ均一
温度となり、熱応力が発生しにくく耐久性のある電池が
得られる。
-2の入口温度を適当に選ぶことで電解質板１の全面がそ
の最適作動温度に維持されるので、全面での発電量が高
い値に維持できる。又、電解質板１、酸素極２、燃料極
３及びセパレータ４が第３図に示す如く全面でほぼ均一
温度となり、熱応力が発生しにくく耐久性のある電池が
得られる。
なお、本発明は上記実施例のみに限定されるものではな
い。たとえば、スペーサ7a,7b,8a,8bを用いて、これに
切欠13,14,15,16を設けてガスがセパレータ４のガス通
路と、各ガスの供給流路孔及び排出流路孔とを連通させ
るようにした場合を例示したが、セパレータ４自体に切
欠溝を設けてガスの各流路孔とセパレータのガス通路と
を連通させるようにしてもよく、又、切欠13,14,15,16
の各形状、数は図示以外のものでもよい。
い。たとえば、スペーサ7a,7b,8a,8bを用いて、これに
切欠13,14,15,16を設けてガスがセパレータ４のガス通
路と、各ガスの供給流路孔及び排出流路孔とを連通させ
るようにした場合を例示したが、セパレータ４自体に切
欠溝を設けてガスの各流路孔とセパレータのガス通路と
を連通させるようにしてもよく、又、切欠13,14,15,16
の各形状、数は図示以外のものでもよい。
［発明の効果］ 以上述べた如く本発明の燃料電池によれば、セパレータ
(4)の各ガス通路(5)(6)に沿って流される酸化ガスと燃
料ガスの流れ方向を各段で異なるように規制するため
に、各ガスの供給流路孔(9)(10)と排出流路孔(11)(12)
を定め、常にセパレータ(4)を挾んで各ガス通路(5)(6)
を流れる酸化ガスと燃料ガスは並行流となり、電解質板
(1)を挾んでセパレータ(4)の各ガス通路(5)(6)を流れる
酸化ガスと燃料ガスは対向流となるようにしてあるの
で、次の如き優れた効果を奏し、得る。
(4)の各ガス通路(5)(6)に沿って流される酸化ガスと燃
料ガスの流れ方向を各段で異なるように規制するため
に、各ガスの供給流路孔(9)(10)と排出流路孔(11)(12)
を定め、常にセパレータ(4)を挾んで各ガス通路(5)(6)
を流れる酸化ガスと燃料ガスは並行流となり、電解質板
(1)を挾んでセパレータ(4)の各ガス通路(5)(6)を流れる
酸化ガスと燃料ガスは対向流となるようにしてあるの
で、次の如き優れた効果を奏し、得る。
(i)電解質板(1)がその全面で最適温度に均一化され、且
つ燃料ガスと酸化ガスの反応を均一化することができる
ので、電解質板(1)の全面をその最高性能で利用でき、
高い電流密度が得られて燃料電池の高性能化が図れる。
つ燃料ガスと酸化ガスの反応を均一化することができる
ので、電解質板(1)の全面をその最高性能で利用でき、
高い電流密度が得られて燃料電池の高性能化が図れる。
(ii)電解質板(1)から生ずる反応熱の除去に対して燃料
ガスと酸化ガスの流量を反応に必要な最小流量に抑える
ことができるので、動力を小さくでき高効率化が図れ
る。
ガスと酸化ガスの流量を反応に必要な最小流量に抑える
ことができるので、動力を小さくでき高効率化が図れ
る。
(iii)電流密度が均一であるため、電解質板(1)の損耗が
局部的に大きくならず、電池の長寿命化が図れる。
局部的に大きくならず、電池の長寿命化が図れる。
(iv)電池を構成する電解質板(1)、電極、セパレータ(4)
の温度分布が小さいため熱応力が発生しにくいと共に、
ホットスポットが電解質板(1)に生じにくいため、電解
質板(1)の破損等が起こりにくく、電池の性能の安定化
を図ることができ、信頼性を向上させることができる。
の温度分布が小さいため熱応力が発生しにくいと共に、
ホットスポットが電解質板(1)に生じにくいため、電解
質板(1)の破損等が起こりにくく、電池の性能の安定化
を図ることができ、信頼性を向上させることができる。
第１図は本発明の一実施例を示す説明用斜視図、第２図
は本発明により得られるガスの流れを示す斜視図、第３
図は第２図の如きガスの流れ型式の場合の温度、電流密
度の分布を示す図、第４図は並行流型燃料電池のガス流
れを示す斜視図、第５図は第４図の如きガス流れを実現
する従来のガス出入口部の一例を示す斜視図、第６図は
従来の並行流型燃料電池の断面図である。 １は電解質板、２は酸素極、３は燃料極、４はセパレー
タ、7,7a,7bは酸素極側スペーサ、8,8a,8bは燃料極側ス
ペーサ、９は酸化ガス供給流路孔、10は燃料ガス供給流
路孔、11は酸化ガス排出流路孔、12は燃料ガス排出流路
孔を示す。
は本発明により得られるガスの流れを示す斜視図、第３
図は第２図の如きガスの流れ型式の場合の温度、電流密
度の分布を示す図、第４図は並行流型燃料電池のガス流
れを示す斜視図、第５図は第４図の如きガス流れを実現
する従来のガス出入口部の一例を示す斜視図、第６図は
従来の並行流型燃料電池の断面図である。 １は電解質板、２は酸素極、３は燃料極、４はセパレー
タ、7,7a,7bは酸素極側スペーサ、8,8a,8bは燃料極側ス
ペーサ、９は酸化ガス供給流路孔、10は燃料ガス供給流
路孔、11は酸化ガス排出流路孔、12は燃料ガス排出流路
孔を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】電解質板(1)の両面を酸素極(2)と燃料極
(3)で挾むように構成された単セルと、一方の面の中央
部にガス通路(5)が形成され且つ他方の面の中央部にガ
ス通路(6)が形成されたセパレータ(4)とを、上記電解質
板(1)の周辺部とセパレータ(4)の周辺部とが互いに気密
に接触するよう積層し、 上記電解質板(1)、セパレータ(4)の上記周辺部一側に、
それぞれ外部から供給される未反応の酸化ガスの供給流
路孔(9)及び燃料ガスの供給流路孔(10)と、酸化ガスの
排出流路孔(11)及び燃料ガスの排出流路孔(12)とを設け
ると共に、上記電解質板(1)、セパレータ(4)の周辺部一
側と対向する周辺部他側に、それぞれ外部から供給され
る未反応の酸化ガスの供給流路孔(9)及び燃料ガスの供
給流路孔(10)と、酸化ガスの排出流路孔(11)及び燃料ガ
スの排出流路孔(12)とを設け、 上記周辺部一側に設けられた酸化ガスの供給流路孔(9)
と上記周辺部他側に設けられた酸化ガスの排出流路孔(1
1)とをそれぞれ連通路を介してガス通路(5)に連通せし
め且つ上記周辺部一側に設けられた燃料ガスの供給流路
孔(10)と上記周辺部他側に設けられた燃料ガスの排出流
路孔(12)とをそれぞれ連通路を介してガス通路(6)に連
通せしめたセパレータ(4)と、上記周辺部他側に設けら
れた酸化ガスの供給流路孔(9)と上記周辺部一側に設け
られた酸化ガスの排出流路孔(11)とをそれぞれ連通路を
介してガス通路(5)に連通せしめ且つ上記周辺部他側に
設けられた燃料ガスの供給流路孔(10)と周辺部一側に設
けられた燃料ガスの排出流路孔(12)とをそれぞれ連通路
を介してガス通路(6)に連通せしめたセパレータ(4)とが
上記単セルを挾んで交互に配設されるよう構成したこと
を特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60219660A JPH0646571B2 (ja) | 1985-10-02 | 1985-10-02 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60219660A JPH0646571B2 (ja) | 1985-10-02 | 1985-10-02 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6280967A JPS6280967A (ja) | 1987-04-14 |
| JPH0646571B2 true JPH0646571B2 (ja) | 1994-06-15 |
Family
ID=16738978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60219660A Expired - Lifetime JPH0646571B2 (ja) | 1985-10-02 | 1985-10-02 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0646571B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2569550B2 (ja) | 1987-05-08 | 1997-01-08 | 石川島播磨重工業株式会社 | 燃料電池の温度分布改善方法 |
| JPH01112673A (ja) * | 1987-10-27 | 1989-05-01 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料電池の冷却方法 |
| DE102006058293B4 (de) * | 2006-12-11 | 2010-09-16 | Staxera Gmbh | Brennstoffzellenstapel |
-
1985
- 1985-10-02 JP JP60219660A patent/JPH0646571B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6280967A (ja) | 1987-04-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2569550B2 (ja) | 燃料電池の温度分布改善方法 | |
| US8518601B2 (en) | Gas separator for fuel cells and fuel cell equipped with gas separator | |
| US5230966A (en) | Coolant flow field plate for electrochemical fuel cells | |
| CN114094134A (zh) | 一种双极板以及燃料电池 | |
| JP2000231929A (ja) | 燃料電池 | |
| JPH10308227A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池 | |
| CN107658480A (zh) | 一种温湿度均匀性增强的燃料电池单电池及电堆 | |
| US7943266B2 (en) | SOFC seal and cell thermal management | |
| JPH0238377Y2 (ja) | ||
| KR100798451B1 (ko) | 연료전지 분리판과 이를 구비한 연료전지 스택 및 그반응가스 제어방법 | |
| JP2570771B2 (ja) | 燃料電池の冷却方法 | |
| JPS6276260A (ja) | 燃料電池用セパレ−タ | |
| JPH0646571B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP2621240B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JPS6280972A (ja) | 燃料電池の温度分布改善方法 | |
| JPH0646573B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JPS6297269A (ja) | 燃料電池 | |
| JP2865025B2 (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池 | |
| JPS6255873A (ja) | 燃料電池 | |
| JPH0646574B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JPS6280966A (ja) | 燃料電池 | |
| JPH0782874B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JPS6276259A (ja) | 燃料電池用セパレ−タ | |
| JP2006518538A (ja) | 燃料電池スタック | |
| JPH0646572B2 (ja) | 燃料電池 |