JPH09161821A - 固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】単セルのセパレータの電極対向領域の温度差を
抑えて濡れ状態がほぼ均一に保持できるようにし、局部
的な特性劣化が生じないものにする。 【解決手段】セパレータ、例えば燃料極に接して配され
るセパレータ８Ａの電極対向領域に、裏面に配された燃
料ガス通流溝と同一方向に、複数の平行に配置された冷
却水通流溝１２を設け、電極対向領域の上部に設けた冷
却水入口１８Ａより導入した冷却水を分岐して通流し、
電極対向領域の下部に設けた冷却水出口１９Ａより排出
することとし、上流から下流へと直線的な温度勾配をも
つようにして、水量を調整し温度差を抑える。
抑えて濡れ状態がほぼ均一に保持できるようにし、局部
的な特性劣化が生じないものにする。 【解決手段】セパレータ、例えば燃料極に接して配され
るセパレータ８Ａの電極対向領域に、裏面に配された燃
料ガス通流溝と同一方向に、複数の平行に配置された冷
却水通流溝１２を設け、電極対向領域の上部に設けた冷
却水入口１８Ａより導入した冷却水を分岐して通流し、
電極対向領域の下部に設けた冷却水出口１９Ａより排出
することとし、上流から下流へと直線的な温度勾配をも
つようにして、水量を調整し温度差を抑える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電解質として固体
高分子電解質体を用いる固体高分子電解質型燃料電池の
単セルに係わり、特に面内温度の均一化を可能とする単
セルの構造に関する。
高分子電解質体を用いる固体高分子電解質型燃料電池の
単セルに係わり、特に面内温度の均一化を可能とする単
セルの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池は、固体高
分子電解質体の両主面に燃料極（アノード）と酸化剤極
（カソード）を配して形成される。固体高分子電解質体
には、スルホン酸基を持つポリスチレン系の陽イオン交
換膜をカチオン導電性膜として使用したもの、フロロカ
ーボンスルホン酸とポリビニリデンフロライドの混合
膜、フロロカーボンマトリックスにトリフロロエチレン
をグラフト化したもの、あるいはパーフルオロスルホン
酸樹脂膜などが用いられる。
分子電解質体の両主面に燃料極（アノード）と酸化剤極
（カソード）を配して形成される。固体高分子電解質体
には、スルホン酸基を持つポリスチレン系の陽イオン交
換膜をカチオン導電性膜として使用したもの、フロロカ
ーボンスルホン酸とポリビニリデンフロライドの混合
膜、フロロカーボンマトリックスにトリフロロエチレン
をグラフト化したもの、あるいはパーフルオロスルホン
酸樹脂膜などが用いられる。
【０００３】固体高分子電解質体は、分子中にプロトン
（水素イオン）交換基を有し、飽和に含水させることに
より常温で 20 Ωcm以下の比抵抗を示し、プロトン導電
性電解質として機能する。各電極においては気相、液
相、固相の三相界面が形成され、アノードにおいては下
記（１）式の、またカソードにおいては下記（２）式の
反応が起こる。
（水素イオン）交換基を有し、飽和に含水させることに
より常温で 20 Ωcm以下の比抵抗を示し、プロトン導電
性電解質として機能する。各電極においては気相、液
相、固相の三相界面が形成され、アノードにおいては下
記（１）式の、またカソードにおいては下記（２）式の
反応が起こる。
【０００４】
【化１】Ｈ2 ＝ ２Ｈ+ ＋２ｅ- （１） 1/2 Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- ＝Ｈ2Ｏ （２） すなわち、アノードにおいては、外部より供給された水
素ガスからプロトンと電子が生成する。生成されたプロ
トンはイオン交換膜内をカソードに向かって移動し、電
子は外部回路を経てカソードへ移動する。カソードにお
いては、外部より供給された酸素ガスと、イオン交換膜
内をアノードより移動してきたプロトンおよび外部回路
を経て移動してきた電子とが反応し、水を生成する。
素ガスからプロトンと電子が生成する。生成されたプロ
トンはイオン交換膜内をカソードに向かって移動し、電
子は外部回路を経てカソードへ移動する。カソードにお
いては、外部より供給された酸素ガスと、イオン交換膜
内をアノードより移動してきたプロトンおよび外部回路
を経て移動してきた電子とが反応し、水を生成する。
【０００５】図４は、従来の固体高分子電解質型燃料電
池の単セルの構造を模式的に示す断面図である。平板状
の固体高分子電解質体１の両主面に、燃料極基材３の上
に燃料極触媒層２を積層してなる平板状の燃料極４と、
酸化剤極基材６の上に酸化剤極触媒層５を積層してなる
同じく平板状の酸化剤極７とを配して熱圧着し、その両
外面に配したセパレータ８とセパレータ９により挟持し
て固定されており、シール１３により気密に保持されて
いる。
池の単セルの構造を模式的に示す断面図である。平板状
の固体高分子電解質体１の両主面に、燃料極基材３の上
に燃料極触媒層２を積層してなる平板状の燃料極４と、
酸化剤極基材６の上に酸化剤極触媒層５を積層してなる
同じく平板状の酸化剤極７とを配して熱圧着し、その両
外面に配したセパレータ８とセパレータ９により挟持し
て固定されており、シール１３により気密に保持されて
いる。
【０００６】セパレータ８には燃料極４に燃料ガス（水
素）を供給する燃料ガス通流溝１０が、またセパレータ
９には酸化剤極７に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通
流溝１１が形成されている。さらに、二つのセパレータ
の外面には冷却水を流す冷却水通流溝１２が備えられて
おり、70〜80℃の冷却水を供給することにより、運転開
始時には単セルを加熱して温度を上昇させ、定常運転時
には電気化学反応に伴う発熱を吸収して温度上昇を抑制
し単セルの温度を70〜80℃の所定温度に維持する役割を
はたしている。
素）を供給する燃料ガス通流溝１０が、またセパレータ
９には酸化剤極７に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通
流溝１１が形成されている。さらに、二つのセパレータ
の外面には冷却水を流す冷却水通流溝１２が備えられて
おり、70〜80℃の冷却水を供給することにより、運転開
始時には単セルを加熱して温度を上昇させ、定常運転時
には電気化学反応に伴う発熱を吸収して温度上昇を抑制
し単セルの温度を70〜80℃の所定温度に維持する役割を
はたしている。
【０００７】図５は、燃料極４に接して配されるセパレ
ータ８の構成例を模式的に示す平面図である。図に見ら
れるように、平板状のセパレータ８の燃料極４側の主面
の中央部には、燃料極に相対して複数の平行する燃料ガ
ス通流溝１０が形成されており、その上部には、一端に
燃料ガス入口１４を備えた燃料ガス入口側マニホールド
２０が、また下部には、一端に燃料ガス出口１５を備え
た燃料ガス出口側マニホールド２１が形成されている。
複数の単セルを積層すると、それぞれの単セルの燃料ガ
ス入口１４、燃料ガス出口１５が互いに連通するように
配されており、燃料ガス入口１４より供給された燃料ガ
スは、燃料ガス通流溝１０の部分で発電に寄与し、燃料
ガス出口１５より排出されることとなる。また、酸化剤
ガス入口連通孔１６および酸化剤ガス出口連通孔１７
は、単セルのもう一方のセパレータに通流される酸化剤
ガスの入口および出口に連通する孔で、酸化剤ガスの流
路を形成するものである。さらに、セパレータ８の背面
には、点線で表示したように燃料ガス通流溝１０と直交
する方向に通流する直列接続された冷却水通流溝１２が
配されており、電極対向領域（ｌ2 ）を外れた端部近傍
（ｌ1 ）に設けられた冷却水入口１８より冷却水を導入
して通流され、もう一方の端部（ｌ3 ）近傍に設けられ
た冷却水出口１９より排出される。
ータ８の構成例を模式的に示す平面図である。図に見ら
れるように、平板状のセパレータ８の燃料極４側の主面
の中央部には、燃料極に相対して複数の平行する燃料ガ
ス通流溝１０が形成されており、その上部には、一端に
燃料ガス入口１４を備えた燃料ガス入口側マニホールド
２０が、また下部には、一端に燃料ガス出口１５を備え
た燃料ガス出口側マニホールド２１が形成されている。
複数の単セルを積層すると、それぞれの単セルの燃料ガ
ス入口１４、燃料ガス出口１５が互いに連通するように
配されており、燃料ガス入口１４より供給された燃料ガ
スは、燃料ガス通流溝１０の部分で発電に寄与し、燃料
ガス出口１５より排出されることとなる。また、酸化剤
ガス入口連通孔１６および酸化剤ガス出口連通孔１７
は、単セルのもう一方のセパレータに通流される酸化剤
ガスの入口および出口に連通する孔で、酸化剤ガスの流
路を形成するものである。さらに、セパレータ８の背面
には、点線で表示したように燃料ガス通流溝１０と直交
する方向に通流する直列接続された冷却水通流溝１２が
配されており、電極対向領域（ｌ2 ）を外れた端部近傍
（ｌ1 ）に設けられた冷却水入口１８より冷却水を導入
して通流され、もう一方の端部（ｌ3 ）近傍に設けられ
た冷却水出口１９より排出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図６および図７は、図
５に示したセパレータ８の発電運転時の温度分布を示し
たものである。図６は図５のＸ−Ｘ面、すなわち燃料ガ
ス通流溝１０と直交する方向の電極対向領域（ｌ2 ）と
その両側の端部（ｌ1 ，ｌ3 ）における温度分布を示し
たもので、セパレータ８の温度を実線により、また冷却
水の温度を点線により表示している。冷却水は、ｌ1 か
らｌ2 を通ってｌ3 へと進むにしたがい、電極部で生じ
る熱を吸収し、Δθ1Wだけ温度上昇する。一方、セパレ
ータ８は、電極部での発熱により加熱されるので冷却水
の温度よりΔθ1 だけ高い温度に保持される。また、電
極部の発熱は、冷却水により除去されるとともに、両側
の端部への熱伝導によっても放熱されるので、電極対向
領域の両端にほぼΔθ1Wの温度差が生じ、かつ中央部が
Δθ1Eだけ高い温度分布となる。
５に示したセパレータ８の発電運転時の温度分布を示し
たものである。図６は図５のＸ−Ｘ面、すなわち燃料ガ
ス通流溝１０と直交する方向の電極対向領域（ｌ2 ）と
その両側の端部（ｌ1 ，ｌ3 ）における温度分布を示し
たもので、セパレータ８の温度を実線により、また冷却
水の温度を点線により表示している。冷却水は、ｌ1 か
らｌ2 を通ってｌ3 へと進むにしたがい、電極部で生じ
る熱を吸収し、Δθ1Wだけ温度上昇する。一方、セパレ
ータ８は、電極部での発熱により加熱されるので冷却水
の温度よりΔθ1 だけ高い温度に保持される。また、電
極部の発熱は、冷却水により除去されるとともに、両側
の端部への熱伝導によっても放熱されるので、電極対向
領域の両端にほぼΔθ1Wの温度差が生じ、かつ中央部が
Δθ1Eだけ高い温度分布となる。
【０００９】図７は図５のＹ−Ｙ面、すなわち燃料ガス
通流溝１０と平行する方向の電極領域Ｈでの温度分布を
示したもので、図６と同様にセパレータ８の温度を実線
により、また冷却水の温度を点線により表示している。
冷却水の温度は直列接続された冷却水通流溝１２を流れ
るに従い発熱を吸収してΔθ2Wの温度上昇を示す。また
セパレータ８の温度は、冷却水通流溝１２の部分におい
ては冷却水よりΔθ2だけ高い温度を示し、冷却水通流
溝１２の間に位置する部分ではΔθ2Eだけ高くなる。
通流溝１０と平行する方向の電極領域Ｈでの温度分布を
示したもので、図６と同様にセパレータ８の温度を実線
により、また冷却水の温度を点線により表示している。
冷却水の温度は直列接続された冷却水通流溝１２を流れ
るに従い発熱を吸収してΔθ2Wの温度上昇を示す。また
セパレータ８の温度は、冷却水通流溝１２の部分におい
ては冷却水よりΔθ2だけ高い温度を示し、冷却水通流
溝１２の間に位置する部分ではΔθ2Eだけ高くなる。
【００１０】上記のように、従来の固体高分子電解質型
燃料電池においては、単セルを構成するセパレータの一
主面に反応ガスを、他の主面に冷却水を通流させて所定
温度に冷却して運転する方法が用いられている。しかし
ながら、本構成においては、上述のようにセパレータの
温度が面内で異なる分布をもつので、反応ガスの通流溝
においても温度の高い部分と低い部分とが生じ、温度の
高い部分においては水分が蒸発して乾燥しやすく、温度
の低い部分では蒸発が抑制されて濡れやすくなる。この
ようにセパレータが乾燥状態となると電気抵抗が高くな
り抵抗損失のためにセル特性が低下する事態となる。ま
た、濡れ状態が進み保持される水量が過剰となると反応
ガスの拡散が阻害され、セル特性が低下することとな
る。
燃料電池においては、単セルを構成するセパレータの一
主面に反応ガスを、他の主面に冷却水を通流させて所定
温度に冷却して運転する方法が用いられている。しかし
ながら、本構成においては、上述のようにセパレータの
温度が面内で異なる分布をもつので、反応ガスの通流溝
においても温度の高い部分と低い部分とが生じ、温度の
高い部分においては水分が蒸発して乾燥しやすく、温度
の低い部分では蒸発が抑制されて濡れやすくなる。この
ようにセパレータが乾燥状態となると電気抵抗が高くな
り抵抗損失のためにセル特性が低下する事態となる。ま
た、濡れ状態が進み保持される水量が過剰となると反応
ガスの拡散が阻害され、セル特性が低下することとな
る。
【００１１】本発明は、上記のごとき従来技術の難点を
考慮してなされたもので、その目的は、単セルのセパレ
ータの電極対向領域における温度差を低く抑え、濡れ状
態が均一に保持され、局部的な特性劣化がなく、安定し
て作動する固体高分子電解質型燃料電池を提供すること
にある。
考慮してなされたもので、その目的は、単セルのセパレ
ータの電極対向領域における温度差を低く抑え、濡れ状
態が均一に保持され、局部的な特性劣化がなく、安定し
て作動する固体高分子電解質型燃料電池を提供すること
にある。
【００１２】
【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、(1) 平板状の固体高分子電解
質体の両主面に平板状の電極を配して挟持し、その両外
面に、内面に電極と対向して並列に配された複数の反応
ガス通流路を備え外面に冷却水通流路を備えた一組のセ
パレータを配してなる単セルを用いて構成され、反応ガ
ス通流路の方向が略垂直方向となるように単セルを配し
て用いられる固体高分子電解質型燃料電池において、セ
パレータに備えられた冷却水通流路を、前記反応ガス通
流路と平行方向に配された複数の流路の並列接続体を主
流路として構成し、かつ、冷却水通流路へ通流する冷却
水を導入する冷却水入口および冷却水通流路を通流した
冷却水を排出する冷却水出口のいずれか一方を、反応ガ
ス通流路の配設部分より上部に、他方を反応ガス通流路
の配設部分より下部に備えることとする。
めに、本発明においては、(1) 平板状の固体高分子電解
質体の両主面に平板状の電極を配して挟持し、その両外
面に、内面に電極と対向して並列に配された複数の反応
ガス通流路を備え外面に冷却水通流路を備えた一組のセ
パレータを配してなる単セルを用いて構成され、反応ガ
ス通流路の方向が略垂直方向となるように単セルを配し
て用いられる固体高分子電解質型燃料電池において、セ
パレータに備えられた冷却水通流路を、前記反応ガス通
流路と平行方向に配された複数の流路の並列接続体を主
流路として構成し、かつ、冷却水通流路へ通流する冷却
水を導入する冷却水入口および冷却水通流路を通流した
冷却水を排出する冷却水出口のいずれか一方を、反応ガ
ス通流路の配設部分より上部に、他方を反応ガス通流路
の配設部分より下部に備えることとする。
【００１３】上記のごとく冷却水通流路を配することと
すれば、冷却水は一端から相対する他端、例えば上端か
ら下端へと一様に流れることとなる。また、複数の流路
を密に配置し並列接続して冷却すれば、流路に対面する
部分と流路間に位置する部分との温度差は微小に抑えら
れるので、従来のように局部的に過剰な温度差が生じる
事態の発生は回避され、セパレータの温度の均一度が向
上し、濡れはほぼ均一となる。
すれば、冷却水は一端から相対する他端、例えば上端か
ら下端へと一様に流れることとなる。また、複数の流路
を密に配置し並列接続して冷却すれば、流路に対面する
部分と流路間に位置する部分との温度差は微小に抑えら
れるので、従来のように局部的に過剰な温度差が生じる
事態の発生は回避され、セパレータの温度の均一度が向
上し、濡れはほぼ均一となる。
【００１４】(2) さらに、(1) に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、セパレータに備えた冷却水通流
路を、反応ガス通流路の配設部分に相対して配し、並列
接続される複数の流路のうち両側端の流路の流路断面積
を他の流路の流路断面積より小さく形成することとす
る。あるいは、両側端に流路非設置領域を設けることと
する。
質型燃料電池において、セパレータに備えた冷却水通流
路を、反応ガス通流路の配設部分に相対して配し、並列
接続される複数の流路のうち両側端の流路の流路断面積
を他の流路の流路断面積より小さく形成することとす
る。あるいは、両側端に流路非設置領域を設けることと
する。
【００１５】このように構成すれば、熱伝導によって冷
却される両側端の冷却水による冷却性能が低下し、過剰
な冷却が抑制されるので、中央部と両側端との温度差が
より低く抑えられ、濡れの均一化により効果的である。
却される両側端の冷却水による冷却性能が低下し、過剰
な冷却が抑制されるので、中央部と両側端との温度差が
より低く抑えられ、濡れの均一化により効果的である。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の固体高分子電解
質型燃料電池の第１の実施の形態を示す単セルのセパレ
ータの基本構成図で、燃料極に接して配されるセパレー
タ８Ａを燃料極の反対側、すなわち冷却水通流路の形成
面の側から見た斜視図である。本構成では、セパレータ
８Ａの電極対向領域に、裏面に配された図示しない燃料
ガス通流溝と同一方向に、複数の平行に配置された冷却
水通流溝１２が設けられており、上端に設けられた冷却
水入口１８Ａより導入された冷却水は冷却水入口側マニ
ホールド２２に至り、各冷却水通流溝１２に分岐して電
極対向領域を通流し、冷却水出口側マニホールド２３で
合流し下端に設けられた冷却水出口１９Ａより排出され
る構成となっている。したがって、電極対向領域で加熱
されたセパレータは上端から下端へと直線的な温度勾配
をもつこととなり、その温度差は導入する冷却水の流量
により任意に調整できることとなる。また複数の冷却水
通流溝１２は間隔を密にして配置されているので、冷却
水通流溝１２に面する部分とその間に位置する部分との
温度差は微小に抑えられ局部的な温度差は微小に抑制さ
れる。このように本構成のセパレータでは、セパレータ
内部に生じる温度差が微小となるので、濡れ状態が均一
に保持されることとなり、これを用いて構成される固体
高分子電解質型燃料電池は、局部的な特性劣化を生じる
ことなく、安定して作動することとなる。
質型燃料電池の第１の実施の形態を示す単セルのセパレ
ータの基本構成図で、燃料極に接して配されるセパレー
タ８Ａを燃料極の反対側、すなわち冷却水通流路の形成
面の側から見た斜視図である。本構成では、セパレータ
８Ａの電極対向領域に、裏面に配された図示しない燃料
ガス通流溝と同一方向に、複数の平行に配置された冷却
水通流溝１２が設けられており、上端に設けられた冷却
水入口１８Ａより導入された冷却水は冷却水入口側マニ
ホールド２２に至り、各冷却水通流溝１２に分岐して電
極対向領域を通流し、冷却水出口側マニホールド２３で
合流し下端に設けられた冷却水出口１９Ａより排出され
る構成となっている。したがって、電極対向領域で加熱
されたセパレータは上端から下端へと直線的な温度勾配
をもつこととなり、その温度差は導入する冷却水の流量
により任意に調整できることとなる。また複数の冷却水
通流溝１２は間隔を密にして配置されているので、冷却
水通流溝１２に面する部分とその間に位置する部分との
温度差は微小に抑えられ局部的な温度差は微小に抑制さ
れる。このように本構成のセパレータでは、セパレータ
内部に生じる温度差が微小となるので、濡れ状態が均一
に保持されることとなり、これを用いて構成される固体
高分子電解質型燃料電池は、局部的な特性劣化を生じる
ことなく、安定して作動することとなる。
【００１７】図２は、本発明の固体高分子電解質型燃料
電池の第２の実施の形態を示す単セルのセパレータの模
式断面図で、燃料極に接して配されるセパレータの図１
のＡ−Ａ面に対応する模式断面図である。本構成におい
ては、セパレータ８Ａの一主面の電極対向領域に複数の
燃料ガス通流溝１０が設けられ、もう一方の主面の電極
対向領域に、燃料ガス通流溝１０と同一方向に延びる複
数の冷却水通流溝１２が形成され、かつ、両側端に配置
された同一幅をもつ冷却水通流溝１２ａの深さｄ1 が、
他の冷却水通流溝１２の深さｄ0 に比較して小さく形成
されている点が特徴である。
電池の第２の実施の形態を示す単セルのセパレータの模
式断面図で、燃料極に接して配されるセパレータの図１
のＡ−Ａ面に対応する模式断面図である。本構成におい
ては、セパレータ８Ａの一主面の電極対向領域に複数の
燃料ガス通流溝１０が設けられ、もう一方の主面の電極
対向領域に、燃料ガス通流溝１０と同一方向に延びる複
数の冷却水通流溝１２が形成され、かつ、両側端に配置
された同一幅をもつ冷却水通流溝１２ａの深さｄ1 が、
他の冷却水通流溝１２の深さｄ0 に比較して小さく形成
されている点が特徴である。
【００１８】本構成のセパレータ８Ａにおいては、両側
端の冷却水通流溝１２ａの流路断面積が他の冷却水通流
溝１２に比較して小さく、管路抵抗が大きくなるので流
量が小さくなり冷却性能が低下する。したがって、大気
へ露出したセパレータ側面２４からの放熱にともない熱
伝導によって冷却される両側端で、冷却水による冷却性
能が低下し、適量な冷却に抑えられるので、中央部と両
側端との温度差がより低くなり、濡れ状態はより均一化
されることとなる。
端の冷却水通流溝１２ａの流路断面積が他の冷却水通流
溝１２に比較して小さく、管路抵抗が大きくなるので流
量が小さくなり冷却性能が低下する。したがって、大気
へ露出したセパレータ側面２４からの放熱にともない熱
伝導によって冷却される両側端で、冷却水による冷却性
能が低下し、適量な冷却に抑えられるので、中央部と両
側端との温度差がより低くなり、濡れ状態はより均一化
されることとなる。
【００１９】図３は、本発明の固体高分子電解質型燃料
電池の第３の実施の形態を示す単セルのセパレータの模
式断面図で、燃料極に接して配されるセパレータの図１
のＡ−Ａ面に対応する模式断面図である。本構成におい
ては、セパレータ８Ｂの一主面の電極対向領域に複数の
燃料ガス通流溝１０が設けられ、もう一方の主面の電極
対向領域に、両側端の一部（図中のＬの部分）を除い
て、燃料ガス通流溝１０と同一方向に延びる複数の冷却
水通流溝１２が形成されている点が特徴である。
電池の第３の実施の形態を示す単セルのセパレータの模
式断面図で、燃料極に接して配されるセパレータの図１
のＡ−Ａ面に対応する模式断面図である。本構成におい
ては、セパレータ８Ｂの一主面の電極対向領域に複数の
燃料ガス通流溝１０が設けられ、もう一方の主面の電極
対向領域に、両側端の一部（図中のＬの部分）を除い
て、燃料ガス通流溝１０と同一方向に延びる複数の冷却
水通流溝１２が形成されている点が特徴である。
【００２０】本構成においても、図２に示した第２の実
施の形態と同様に、熱伝導によって冷却される両側端の
冷却性能が過大とならないように抑制されるので、中央
部と両側端との温度差がより低くなり、濡れ状態はより
均一化されることとなる。なお、上記の図１〜３におい
ては、いずれも燃料極に接して配されるセパレータを例
として示しているが、酸化剤極に接して配されるセパレ
ータにおいても同様の効果が得られることは図示するま
でもなく明らかである。
施の形態と同様に、熱伝導によって冷却される両側端の
冷却性能が過大とならないように抑制されるので、中央
部と両側端との温度差がより低くなり、濡れ状態はより
均一化されることとなる。なお、上記の図１〜３におい
ては、いずれも燃料極に接して配されるセパレータを例
として示しているが、酸化剤極に接して配されるセパレ
ータにおいても同様の効果が得られることは図示するま
でもなく明らかである。
【００２１】
【発明の効果】上述のように、本発明では、 (1) 固体高分子電解質型燃料電池を請求項１に記載した
ごとき構成とすることとしたので、セパレータの温度の
均一度が向上し、濡れ状態が均一に保持されることとな
り、局部的な特性劣化がなく、安定して作動する固体高
分子電解質型燃料電池が得られることとなった。
ごとき構成とすることとしたので、セパレータの温度の
均一度が向上し、濡れ状態が均一に保持されることとな
り、局部的な特性劣化がなく、安定して作動する固体高
分子電解質型燃料電池が得られることとなった。
【００２２】(2) さらに、請求項２、あるいは請求項３
に記載したごとき構成とすれば、中央部と両側端との温
度差がより低く抑えられ、濡れ状態がより均一に保持さ
れることとなるので、局部的な特性劣化がなく、安定し
て作動する固体高分子電解質型燃料電池として好適であ
る。
に記載したごとき構成とすれば、中央部と両側端との温
度差がより低く抑えられ、濡れ状態がより均一に保持さ
れることとなるので、局部的な特性劣化がなく、安定し
て作動する固体高分子電解質型燃料電池として好適であ
る。
【図１】本発明の固体高分子電解質型燃料電池の第１の
実施の形態を示す単セルのセパレータの基本構成図
実施の形態を示す単セルのセパレータの基本構成図
【図２】本発明の固体高分子電解質型燃料電池の第２の
実施の形態を示す単セルのセパレータの模式断面図
実施の形態を示す単セルのセパレータの模式断面図
【図３】本発明の固体高分子電解質型燃料電池の第３の
実施の形態を示す単セルのセパレータの模式断面図
実施の形態を示す単セルのセパレータの模式断面図
【図４】従来の固体高分子電解質型燃料電池の単セルの
構造を示す模式断面図
構造を示す模式断面図
【図５】従来の固体高分子電解質型燃料電池の単セルの
セパレータの構造を示す模式断面図
セパレータの構造を示す模式断面図
【図６】図５に示した従来のセパレータにおける発電運
転時の反応ガス通流方向と直交方向の温度分布特性図
転時の反応ガス通流方向と直交方向の温度分布特性図
【図７】図５に示した従来のセパレータにおける発電運
転時の反応ガス通流方向の温度分布特性図
転時の反応ガス通流方向の温度分布特性図
１ 固体高分子電解質体 ２ 燃料極触媒層 ３ 燃料極基材 ４ 燃料極 ５ 酸化剤極触媒層 ６ 酸化剤極基材 ７ 酸化剤極 ８，８Ａ，８Ｂ セパレータ（燃料極側） ９ セパレータ（酸化剤極側） １０ 燃料ガス通流溝 １１ 酸化剤ガス通流溝 １２，１２ａ 冷却水通流溝 １４ 燃料ガス入口 １５ 燃料ガス出口 １６ 酸化剤ガス入口連通孔 １７ 酸化剤ガス出口連通孔 １８，１８Ａ 冷却水入口 １９，１９Ａ 冷却水出口 ２０ 燃料ガス入口側マニホールド ２１ 燃料ガス出口側マニホールド ２２ 冷却水入口側マニホールド ２３ 冷却水出口側マニホールド ２４ セパレータ側面
Claims (3)
- 【請求項１】平板状の固体高分子電解質体の両主面に平
板状の電極を配して挟持し、その両外面に、内面に電極
と対向して並列に配された複数の反応ガス通流路を備え
外面に冷却水通流路を備えた一組のセパレータを配して
なる単セルを用いて構成され、反応ガス通流路の方向が
略垂直方向となるように単セルを配して用いられる固体
高分子電解質型燃料電池において、セパレータに備えら
れた冷却水通流路が、前記反応ガス通流路と平行方向に
配された複数の流路の並列接続体を主流路として構成さ
れ、かつ、冷却水通流路へ通流する冷却水を導入する冷
却水入口および冷却水通流路を通流した冷却水を排出す
る冷却水出口のいずれか一方が、反応ガス通流路の配設
部分より上部に、他方が反応ガス通流路の配設部分より
下部に備えられてなることを特徴とする固体高分子電解
質型燃料電池。 - 【請求項２】請求項１に記載の固体高分子電解質型燃料
電池において、セパレータに備えられた前記冷却水通流
路が、反応ガス通流路の配設部分に相対して配され、並
列接続されてなる複数の流路のうち両側端の流路の流路
断面積が他の流路の流路断面積より小さく形成されてな
ることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項３】請求項１に記載の固体高分子電解質型燃料
電池において、セパレータに備えられた前記冷却水通流
路が、反応ガス通流路の配設部分に相対して配され、両
側端に流路非設置領域を有してなることを特徴とする固
体高分子電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7319864A JPH09161821A (ja) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7319864A JPH09161821A (ja) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09161821A true JPH09161821A (ja) | 1997-06-20 |
Family
ID=18115092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7319864A Pending JPH09161821A (ja) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09161821A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001035477A1 (en) * | 1999-11-08 | 2001-05-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
| JP2006147506A (ja) * | 2004-11-25 | 2006-06-08 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池スタック |
| JP2008235009A (ja) * | 2007-03-20 | 2008-10-02 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用セパレータ |
| CN108134124A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-06-08 | 中国矿业大学 | 一种平板型固体氧化物燃料电池连接件及电池堆 |
| WO2024208547A1 (fr) * | 2023-04-04 | 2024-10-10 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Plaque de pile à combustible |
-
1995
- 1995-12-08 JP JP7319864A patent/JPH09161821A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001035477A1 (en) * | 1999-11-08 | 2001-05-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
| US6884536B1 (en) | 1999-11-08 | 2005-04-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
| JP2006147506A (ja) * | 2004-11-25 | 2006-06-08 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池スタック |
| US8012639B2 (en) | 2004-11-25 | 2011-09-06 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell stack |
| JP2008235009A (ja) * | 2007-03-20 | 2008-10-02 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用セパレータ |
| CN108134124A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-06-08 | 中国矿业大学 | 一种平板型固体氧化物燃料电池连接件及电池堆 |
| CN108134124B (zh) * | 2018-01-11 | 2019-03-29 | 中国矿业大学 | 一种平板型固体氧化物燃料电池连接件及电池堆 |
| WO2024208547A1 (fr) * | 2023-04-04 | 2024-10-10 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Plaque de pile à combustible |
| FR3147665A1 (fr) * | 2023-04-04 | 2024-10-11 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Plaque de pile à combustible |
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