JPH08306370A - 積層リン酸型燃料電池 - Google Patents
積層リン酸型燃料電池Info
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- JPH08306370A JPH08306370A JP7105515A JP10551595A JPH08306370A JP H08306370 A JPH08306370 A JP H08306370A JP 7105515 A JP7105515 A JP 7105515A JP 10551595 A JP10551595 A JP 10551595A JP H08306370 A JPH08306370 A JP H08306370A
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- Japan
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- phosphoric acid
- flow pipe
- refrigerant
- refrigerant flow
- gas
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- 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)
Abstract
(57)【要約】
【目的】長期にわたりリン酸の補給が不要のものとして
補給に伴う単セルの損傷の発生を回避し、さらにリン酸
による排出ガス系の損傷を防止する。 【構成】単セルの反応部に面して配した第１冷媒通流管
２１と、単セルの酸化剤ガスの排出部に面して配した第
２冷媒通流管２２とを、一組の冷却基板２０の間に埋設
して冷却板を構成し、第２冷媒通流管２２の冷媒の温度
を、第１冷媒通流管２１の冷媒の温度より低くして、単
セルの酸化剤ガスの排出部の温度を下げて、蒸発したリ
ン酸を凝集して捕集する。
補給に伴う単セルの損傷の発生を回避し、さらにリン酸
による排出ガス系の損傷を防止する。 【構成】単セルの反応部に面して配した第１冷媒通流管
２１と、単セルの酸化剤ガスの排出部に面して配した第
２冷媒通流管２２とを、一組の冷却基板２０の間に埋設
して冷却板を構成し、第２冷媒通流管２２の冷媒の温度
を、第１冷媒通流管２１の冷媒の温度より低くして、単
セルの酸化剤ガスの排出部の温度を下げて、蒸発したリ
ン酸を凝集して捕集する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、リン酸を電解質とす
る単セルを積層してセミブロックを形成し、さらに冷却
板と交互に積層して形成される積層リン酸型燃料電池に
関する。
る単セルを積層してセミブロックを形成し、さらに冷却
板と交互に積層して形成される積層リン酸型燃料電池に
関する。
【０００２】
【従来の技術】図２は、従来の積層リン酸型燃料電池の
一般的な構造を簡略化して示す分解斜視図である。図に
見られるように、従来の積層リン酸型燃料電池において
は、リン酸を担持する電解質マトリックス１を、一面に
燃料触媒層３を備え他の面に燃料ガス通流溝４を備えた
燃料極２と、一面に酸化剤触媒層６を備え他の面に酸化
剤ガス通流溝７を備えた酸化剤極５とで挟持させて形成
した単セル８を、セパレータ９を介在させて積層するこ
とにより、セミブロックを構成し、さらに冷媒通流管１
１を埋設した冷却板１０と交互に積層することにより燃
料電池積層体が構成されている。このように構成された
積層リン酸型燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガスを供給
し、それぞれ燃料ガス通流溝４および酸化剤ガス通流溝
７に通流させると、単セル８で電気化学反応が生じて直
流電力が得られ、反応に伴う発熱は冷却板１０によって
除熱されることとなる。
一般的な構造を簡略化して示す分解斜視図である。図に
見られるように、従来の積層リン酸型燃料電池において
は、リン酸を担持する電解質マトリックス１を、一面に
燃料触媒層３を備え他の面に燃料ガス通流溝４を備えた
燃料極２と、一面に酸化剤触媒層６を備え他の面に酸化
剤ガス通流溝７を備えた酸化剤極５とで挟持させて形成
した単セル８を、セパレータ９を介在させて積層するこ
とにより、セミブロックを構成し、さらに冷媒通流管１
１を埋設した冷却板１０と交互に積層することにより燃
料電池積層体が構成されている。このように構成された
積層リン酸型燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガスを供給
し、それぞれ燃料ガス通流溝４および酸化剤ガス通流溝
７に通流させると、単セル８で電気化学反応が生じて直
流電力が得られ、反応に伴う発熱は冷却板１０によって
除熱されることとなる。
【０００３】図３は、上記の従来の冷却板１０の構成を
模式的に示す平面図である。一端を冷媒供給用ヘッダー
１２に、また他端を冷媒排出用ヘッダー１３に連結され
た複数の冷媒通流管１１を、一組の冷却基板１４の間に
埋設して、冷却板１０が構成されている。冷媒供給用ヘ
ッダー１２に送られた冷媒は、複数の冷媒通流管１１を
分岐して流れ、冷媒排出用ヘッダー１３に集められて排
出される。
模式的に示す平面図である。一端を冷媒供給用ヘッダー
１２に、また他端を冷媒排出用ヘッダー１３に連結され
た複数の冷媒通流管１１を、一組の冷却基板１４の間に
埋設して、冷却板１０が構成されている。冷媒供給用ヘ
ッダー１２に送られた冷媒は、複数の冷媒通流管１１を
分岐して流れ、冷媒排出用ヘッダー１３に集められて排
出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】積層リン酸型燃料電池
を実用に供する際には、４万時間以上の長期にわたり使
用されることとなる。従来の構成においては、電解質マ
トリックス１に担持されるリン酸が、発電運転に際して
蒸発、飛散して、燃料ガスあるいは酸化剤ガスとともに
排出されるので、４万時間に達するまでにリン酸量が不
足し、これを補うためにリン酸を定期的に外部より補給
する方法が採られている。
を実用に供する際には、４万時間以上の長期にわたり使
用されることとなる。従来の構成においては、電解質マ
トリックス１に担持されるリン酸が、発電運転に際して
蒸発、飛散して、燃料ガスあるいは酸化剤ガスとともに
排出されるので、４万時間に達するまでにリン酸量が不
足し、これを補うためにリン酸を定期的に外部より補給
する方法が採られている。
【０００５】しかしながら、蒸発、飛散するリン酸量は
運転温度やガス流量に依存し、各単セル毎に異なるの
で、各単セルにそれぞれ適正なリン酸量を補給すること
は実質的に困難である。このため、リン酸の補給量が過
剰となって、リン酸が燃料ガス通流溝４あるいは酸化剤
ガス通流溝７に溢れて反応ガスの適正な通流を阻害す
る、あるいは、リン酸の補給量が不足して、燃料極２と
酸化剤極５との間の反応ガスの透過が生じ電極内部で反
応が生じる等の事態が起こり、単セルに致命的な損傷を
与えるという危険性がある。
運転温度やガス流量に依存し、各単セル毎に異なるの
で、各単セルにそれぞれ適正なリン酸量を補給すること
は実質的に困難である。このため、リン酸の補給量が過
剰となって、リン酸が燃料ガス通流溝４あるいは酸化剤
ガス通流溝７に溢れて反応ガスの適正な通流を阻害す
る、あるいは、リン酸の補給量が不足して、燃料極２と
酸化剤極５との間の反応ガスの透過が生じ電極内部で反
応が生じる等の事態が起こり、単セルに致命的な損傷を
与えるという危険性がある。
【０００６】また、蒸発したリン酸は、燃料ガスあるい
は酸化剤ガスの排出配管や熱交換器等の付属の補器に凝
集、付着し、これらを腐食して損傷させトラブルを引き
起こす危険性がある。本発明は、上記のごとき問題点を
考慮してなされたもので、その目的は、長期にわたりリ
ン酸の補給が不要のものとして補給に伴う単セルの損傷
を回避し、さらにリン酸による排出ガス系統の損傷の少
ない積層リン酸型燃料電池を提供することにある。
は酸化剤ガスの排出配管や熱交換器等の付属の補器に凝
集、付着し、これらを腐食して損傷させトラブルを引き
起こす危険性がある。本発明は、上記のごとき問題点を
考慮してなされたもので、その目的は、長期にわたりリ
ン酸の補給が不要のものとして補給に伴う単セルの損傷
を回避し、さらにリン酸による排出ガス系統の損傷の少
ない積層リン酸型燃料電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、燃料ガス通流溝を備える燃料
極と酸化剤ガス通流溝を備える酸化剤極との間にリン酸
を担持する電解質層を挟持してなる単セルを複数層積層
してセミブロックを形成し、セミブロックと、方形の冷
却基板に冷媒通流管を埋設してなる冷却板を交互に積層
して形成される積層リン酸型燃料電池において、冷却板
の冷媒通流管を、セミブロックの電池反応部に面して配
される第１の冷却系統の冷媒通流管と、セミブロックの
燃料ガスおよび酸化剤ガスの排出部に面して配される第
２の冷却系統の冷媒通流管とから構成し、かつ、第１の
冷却系統の冷媒通流管に通流する冷媒の温度より低い温
度の冷媒を第２の冷却系統の冷媒通流管に通流させるこ
ととする。
めに、本発明においては、燃料ガス通流溝を備える燃料
極と酸化剤ガス通流溝を備える酸化剤極との間にリン酸
を担持する電解質層を挟持してなる単セルを複数層積層
してセミブロックを形成し、セミブロックと、方形の冷
却基板に冷媒通流管を埋設してなる冷却板を交互に積層
して形成される積層リン酸型燃料電池において、冷却板
の冷媒通流管を、セミブロックの電池反応部に面して配
される第１の冷却系統の冷媒通流管と、セミブロックの
燃料ガスおよび酸化剤ガスの排出部に面して配される第
２の冷却系統の冷媒通流管とから構成し、かつ、第１の
冷却系統の冷媒通流管に通流する冷媒の温度より低い温
度の冷媒を第２の冷却系統の冷媒通流管に通流させるこ
ととする。
【０００８】
【作用】上記のごとく、冷却板に埋設する冷媒通流管を
セミブロックの電池反応部に面して配される第１の冷却
系統と、セミブロックの燃料ガスおよび酸化剤ガスの排
出部に面して配される第２の冷却系統とに分割し、第２
の冷却系統に通流する冷媒の温度を第１の冷却系統通流
する冷媒の温度より低くすれば、各単セルのガス出口部
の温度は、ガス入口部ならびに中央部分の電池反応部の
温度に比べて低くなる。したがって、比較的温度の高い
ガス入口部ならびに電池反応部で蒸発したリン酸は、反
応ガスとともに比較的温度の低いガス出口部に達する
と、その大部分が凝集して燃料極あるいは酸化剤極を構
成する基材等に補集され、基材のガス通流溝等を通し
て、各電極の触媒層や電解質層へと供給されることとな
る。すなわち、本構成とすれば、蒸発したリン酸が再び
各電極の触媒層や電解質層へと還流するので、発電運転
に伴うリン酸量の減少が大幅に抑制され、長期の運転に
際しても補給する必要がなくなる。また、蒸発して反応
ガスの排出系へ達するリン酸量が大幅に減少するので、
排出ガス系統の機器の損傷も抑制される。
セミブロックの電池反応部に面して配される第１の冷却
系統と、セミブロックの燃料ガスおよび酸化剤ガスの排
出部に面して配される第２の冷却系統とに分割し、第２
の冷却系統に通流する冷媒の温度を第１の冷却系統通流
する冷媒の温度より低くすれば、各単セルのガス出口部
の温度は、ガス入口部ならびに中央部分の電池反応部の
温度に比べて低くなる。したがって、比較的温度の高い
ガス入口部ならびに電池反応部で蒸発したリン酸は、反
応ガスとともに比較的温度の低いガス出口部に達する
と、その大部分が凝集して燃料極あるいは酸化剤極を構
成する基材等に補集され、基材のガス通流溝等を通し
て、各電極の触媒層や電解質層へと供給されることとな
る。すなわち、本構成とすれば、蒸発したリン酸が再び
各電極の触媒層や電解質層へと還流するので、発電運転
に伴うリン酸量の減少が大幅に抑制され、長期の運転に
際しても補給する必要がなくなる。また、蒸発して反応
ガスの排出系へ達するリン酸量が大幅に減少するので、
排出ガス系統の機器の損傷も抑制される。
【０００９】
【実施例】図１は、本発明の積層リン酸型燃料電池の実
施例を示す冷却板の基本構成の模式図である。本冷却板
は、セミブロックの電池反応部に面して配された第１冷
媒通流管２１とセミブロックの酸化剤ガスの排出部に面
して配された第２冷媒通流管２２を、一組の冷却基板２
０の間に埋設して構成されており、第１冷媒通流管２１
には１８５℃の冷媒が、また第２冷媒通流管２２には１
５０℃の冷媒が送られている。本構成では、単セルの電
池反応部に比べて酸化剤ガスの排出部の温度が低く設定
されているので、電池反応部で酸化剤ガスへと蒸発した
リン酸は排出部で凝集し酸化剤極の基材等に捕集され、
触媒層や電解質層へと還流する。したがって、リン酸量
の減少が大幅に抑制され、また、蒸発して反応ガスの排
出系へ達するリン酸量も大幅に減少する。
施例を示す冷却板の基本構成の模式図である。本冷却板
は、セミブロックの電池反応部に面して配された第１冷
媒通流管２１とセミブロックの酸化剤ガスの排出部に面
して配された第２冷媒通流管２２を、一組の冷却基板２
０の間に埋設して構成されており、第１冷媒通流管２１
には１８５℃の冷媒が、また第２冷媒通流管２２には１
５０℃の冷媒が送られている。本構成では、単セルの電
池反応部に比べて酸化剤ガスの排出部の温度が低く設定
されているので、電池反応部で酸化剤ガスへと蒸発した
リン酸は排出部で凝集し酸化剤極の基材等に捕集され、
触媒層や電解質層へと還流する。したがって、リン酸量
の減少が大幅に抑制され、また、蒸発して反応ガスの排
出系へ達するリン酸量も大幅に減少する。
【００１０】なお、本実施例ではセミブロックの酸化剤
ガスの排出部に面して配された第２冷媒通流管２２に温
度の低い冷媒を供給するものとしているが、セミブロッ
クの燃料ガスの排出部に面して配した冷媒通流管に温度
の低い冷媒を供給するものとしてもよく、また酸化剤ガ
スの排出部と燃料ガスの排出部との双方に面するよう配
置した冷媒通流管に温度の低い冷媒を供給するものとし
ても同様の効果が得られる。
ガスの排出部に面して配された第２冷媒通流管２２に温
度の低い冷媒を供給するものとしているが、セミブロッ
クの燃料ガスの排出部に面して配した冷媒通流管に温度
の低い冷媒を供給するものとしてもよく、また酸化剤ガ
スの排出部と燃料ガスの排出部との双方に面するよう配
置した冷媒通流管に温度の低い冷媒を供給するものとし
ても同様の効果が得られる。
【００１１】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、燃料ガ
ス通流溝を備える燃料極と酸化剤ガス通流溝を備える酸
化剤極との間にリン酸を担持する電解質層を挟持してな
る単セルを複数層積層してセミブロックを形成し、セミ
ブロックと、方形の冷却基板に冷媒通流管を埋設してな
る冷却板を交互に積層して形成される積層リン酸型燃料
電池において、冷却板の冷媒通流管を、セミブロックの
電池反応部に面して配される第１の冷却系統の冷媒通流
管と、セミブロックの燃料ガスおよび酸化剤ガスの排出
部に面して配される第２の冷却系統の冷媒通流管とから
構成し、かつ、第１の冷却系統の冷媒通流管に通流する
冷媒の温度より低い温度の冷媒を第２の冷却系統の冷媒
通流管に通流させることとしたので、電池反応部で蒸発
したリン酸がガス出口部で大部分凝集して燃料極あるい
は酸化剤極を構成する基材等に補集され、再び各電極の
触媒層や電解質層へと還流されるので、長時間運転に際
しても単セルの損傷を引き起こしやすいリン酸の補給が
不要で、かつ排出ガス系統の損傷の少ない積層リン酸型
燃料電池が得られることとなった。
ス通流溝を備える燃料極と酸化剤ガス通流溝を備える酸
化剤極との間にリン酸を担持する電解質層を挟持してな
る単セルを複数層積層してセミブロックを形成し、セミ
ブロックと、方形の冷却基板に冷媒通流管を埋設してな
る冷却板を交互に積層して形成される積層リン酸型燃料
電池において、冷却板の冷媒通流管を、セミブロックの
電池反応部に面して配される第１の冷却系統の冷媒通流
管と、セミブロックの燃料ガスおよび酸化剤ガスの排出
部に面して配される第２の冷却系統の冷媒通流管とから
構成し、かつ、第１の冷却系統の冷媒通流管に通流する
冷媒の温度より低い温度の冷媒を第２の冷却系統の冷媒
通流管に通流させることとしたので、電池反応部で蒸発
したリン酸がガス出口部で大部分凝集して燃料極あるい
は酸化剤極を構成する基材等に補集され、再び各電極の
触媒層や電解質層へと還流されるので、長時間運転に際
しても単セルの損傷を引き起こしやすいリン酸の補給が
不要で、かつ排出ガス系統の損傷の少ない積層リン酸型
燃料電池が得られることとなった。
【図１】本発明の積層リン酸型燃料電池の実施例を示す
冷却板の基本構成の模式図
冷却板の基本構成の模式図
【図２】従来の積層リン酸型燃料電池の一般的な構造を
簡略化して示す分解斜視図
簡略化して示す分解斜視図
【図３】従来の積層リン酸型燃料電池の冷却板の構成を
模式的に示す平面図
模式的に示す平面図
１ 電解質マトリックス ２ 燃料極 ５ 酸化剤極 ８ 単セル ９ セパレータ １０ 冷却板 １１ 冷媒通流管 １２ 冷媒供給用ヘッダー １３ 冷媒排出用ヘッダー １４ 冷却基板 ２０ 冷却基板 ２１ 第１冷媒通流管 ２２ 第２冷媒通流管
Claims (1)
- 【請求項１】燃料ガス通流溝を備える燃料極と酸化剤ガ
ス通流溝を備える酸化剤極との間にリン酸を担持する電
解質層を挟持してなる単セルを複数層積層してセミブロ
ックを形成し、該セミブロックと、方形の冷却基板に冷
媒通流管を埋設してなる冷却板を交互に積層して形成さ
れる積層リン酸型燃料電池において、前記冷却板の冷媒
通流管が、セミブロックの電池反応部に面して配される
第１の冷却系統の冷媒通流管と、セミブロックの燃料ガ
スおよび酸化剤ガスの排出部に面して配される第２の冷
却系統の冷媒通流管とからなり、かつ、第１の冷却系統
の冷媒通流管に通流される冷媒より温度の低い冷媒が第
２の冷却系統の冷媒通流管に通流されることを特徴とす
る積層リン酸型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7105515A JPH08306370A (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 積層リン酸型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7105515A JPH08306370A (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 積層リン酸型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08306370A true JPH08306370A (ja) | 1996-11-22 |
Family
ID=14409745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7105515A Pending JPH08306370A (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 積層リン酸型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08306370A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006134867A1 (ja) * | 2005-06-13 | 2006-12-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 燃料電池 |
| JP2008525992A (ja) * | 2004-12-29 | 2008-07-17 | ユーティーシー パワー コーポレイション | 逆流領域および凝縮領域を有する燃料電池冷却器 |
| KR100970336B1 (ko) * | 2003-02-10 | 2010-07-15 | 한라공조주식회사 | 연료전지 자동차의 열관리시스템 |
| JP2015530714A (ja) * | 2012-08-30 | 2015-10-15 | バラード パワー システムズ インコーポレイテッド | 選択された冷却能力分布を有する燃料セルコンポーネント |
-
1995
- 1995-04-28 JP JP7105515A patent/JPH08306370A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100970336B1 (ko) * | 2003-02-10 | 2010-07-15 | 한라공조주식회사 | 연료전지 자동차의 열관리시스템 |
| JP2008525992A (ja) * | 2004-12-29 | 2008-07-17 | ユーティーシー パワー コーポレイション | 逆流領域および凝縮領域を有する燃料電池冷却器 |
| EP1842254A4 (en) * | 2004-12-29 | 2009-03-18 | Utc Power Corp | FUEL CELL COOLER WITH REVERSE FLOW AND CONDENSATION ZONE |
| WO2006134867A1 (ja) * | 2005-06-13 | 2006-12-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 燃料電池 |
| JP2015530714A (ja) * | 2012-08-30 | 2015-10-15 | バラード パワー システムズ インコーポレイテッド | 選択された冷却能力分布を有する燃料セルコンポーネント |
| US10381664B2 (en) | 2012-08-30 | 2019-08-13 | Audi Ag | Fuel cell component having selected cooling capacity distribution |
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