JPS6044965A - 積層形燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は新規な積層形燃料車池に関する。

〔従来技術〕

従来積層形燃料電池としては二第１図に尽すものがあっ
た。第１図において、（１１は燃料’１ｉｌｉ伶、電解
質マｌ−ＩＪフックスお工び酸化剤″市極ケ有するｉｌ
ｌ電池、（２）はガス分離板、＋３１　Ｆｉ冷却板であ
り、（４）乞ｒこれら全鉛直方向ＶＣ複故個積層した債
ｊ−づ体である。

（６）に積層体（４）に取り付けらねた反応ガス（燃料
および酸化剤）のマニホールド、！６１　ｔ：ｒ　４１
１ｂｌｒ　１４Ｆ　ｎｌ　ｙｙ＞ら電力を取り出す集電
板であり、（ｌ）に電気系統の配線である。また、（８
）は４つの積層体（４１を収め、菌属にして連転するた
めの圧力答詣である。ｃｅｌは冷却空気入口、（ｆ）　
ｒ：を冷却空気出口、（ａ）け燃料人口、（ｂ）は燃料
出口、（Ｃ１ｉｊ酸酸化八人「、でｄ）汀酸化剤出〔，
１である。なお、この積層形燃料電池は空気を伶却板の
流路に流すことπ工って電池σ〕Ｃ品反倉制御する方式
、すなわち空冷式を用いて」、（す、図中の矢印げ熱媒
体である空気の流れを示している。（９）は（′ｌｉ却
＆ＶＣ流入する以前の空気と流入した後の空気と倉避断
するための遮蔽板である。

なお、第１図には、４つのＡｊ（層内Ｉ４１を１つの圧
力容器ｆ８１１／（’収納した場合を示したが、この他
に１つの積層・体を１つの圧力容器に収納する場合もあ
る。＆ｙｃ、第１図ｆ（げ、冷却方式として空冷式分用
い１こ場合を示したが、この他に冷却板に冷却管なと４
屈み込み、水、油なとの熱媒体でｔ上動する液冷式ケ用
いる場合もある。

次にｖＪｆ′トについて説’Ｊ４−’る。反応ガスのマ
ニホールドＬ５１　’（ｙ　３ｑして反応ガスの供給を
行なうと、単’１）ｉｊ池ｆｌｆπ電力が生じる。積層
体（４）では単電池ｆ＋＋は、４電性分有するガスδ）
離板（２）および冷却板（３）によって直列に接続され
ており、単電池（Ｉｊに生じた電流げ集電板＋６１に集
められる。′電気系統σ）配線げ、Ｆｌ−力容器（８）
Ｋ収められた４個の積層体ｆ＋）Ｔｈ電気的ｖｃ　ｎ＞
、：列あるいは並列に接続したり、積層体（４）に生じ
ｌで＋６力全日−力芥圏（８）の外へ収り出−ｖ７こめ
にＦ目いている。単電池（１）灯その動作時に熱を発生
し、高温によって単電池（りが損なわＩ″Ｌる恐れがあ
るので冷却板（３）（ｌ！−用いて′重油の温度全制御
する。これは単電池の面積が２５００ｃｍ２〜１ｍ２と
大きく、特に単電池の中央付近において商温部分が存在
する／ζめで、単゛重油の面積が２５００ｃｒｎ２以下
てあｔｌは反り：＼ガスによるＣ６却によって代用する
ことができる。一般に冷却板（３）？用いる場合には、
ｌｉｔ　’融成（１）数個ことに冷却板（３）を挿入し
、冷却板（３１ｆ／（形成した波路捷７こは冷却板［，
４み込んだ冷却管などに、空気。

水、油などの熱媒体をθｉｆ、−Ｊ−ことによって行な
わねる。第１図Ｖ（尽した積層形燃料Ｊ池は空気２ベタ
却板（３）の流路に流すことによって単゛電池（１）を
冷却してい／、。−ｔなわち、熱媒体である空気は外部
から圧力容器（８）の底部を；Ｅｆｌ　シて圧力容器内
ＶＣ流入し、４つの積層体１４）の周辺から冷却板（３
）の流路に図中矢印のようＶＣ流入−する。次に単１４
コ［池ｔｌｉを冷却して高温になつ１こ柴気に、４つの
槓Ｉζ；体（４）の中心部分全通って圧力容器（８）の
低Ｂ１≦に達し外ＭＢへ流出すＡ０従米の接層形燃料電
池は以上のように４Ｖ４成さねでいるので、冷却板（３
）や冷却管など、電力の発生に直接関係しない部品を数
多く用いる必要があり、丑だ、空気、水、油などの熱媒
体を流すために、かなり多くの電力全消費し、このため
積層形燃料電池の効率が低くなるなどの欠点があった。

これらの欠点げ゛電極の面積が比較的大きく、このため
反応ガスによる冷却だけでｆ′ｉ醒池の温度全制御する
ことが難しいことに起因する。捷だ、この他にマニホー
ルド（５）を個々Ｋ１１ｘり付ける必要があるなどの欠
点もある。

〔発１月の概要〕 この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めＶｃなさねたもので、燃料電極、電解質マドＩＪツク
ス、および酸化剤電極を有する単電池とガス分離板と全
交互に複数個積層し、燃料ガス流路の入口、出口がそれ
ぞれ第１．第２面に、酸化剤ガス流路の入口、出口がそ
れぞれ第３．第４面に配置されている単位積層体全複数
個備え、各単位積層体の第１〜第４面と他の単位積層体
のそねそれ第１〜第４面同志で囲まれたそれぞれ第１〜
第４流路を形成するように上記各単位積層体ゲ並設し、
上記各単位積層体に対して、第１流路から燃料ガス全供
給し、その燃料ガス流路を通って第２流路から排出し、
第３流路から酸化剤ガスを供給し、その酸化剤ガス流＠
倉通って第４流路から排出するように構成することにエ
リ、上記単位積層体に積層されていた冷却板を省略する
と共に、燃料および酸化剤ガスの供給、排出用マニホー
ルドを省いた積層形燃料電池全提供すること分目的とし
ている。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例ヶ図分もとに説明する。第２
図、第３図はこの発明の一実施例に係わる円形のガス分
離板のそれぞれ表と裏をホす平面図であり、第２図は燃
料電極側、第３図は酸化剤電極側である。図において、
（ｉｏ）は反応ガス流路凹部、（１１）は反応ガス流路
凸部、（Ｉ２ｆｊ外部リザーバ、（１３）は隔壁の１撲
り付は部分である。なお、（１１〜Ｕ）の符号は、ガス
分離板と単電池とを積層して構成する単位積層体のそれ
ぞｔ′１第１−第４面ケ示している。

第４図にこの発明の一実施例に係わる単位積層体を示す
側１１６図であり、隔壁を中心にして見た単位積層体の
２つの面（第１面と第４面）が衣示さハている。図にお
いて、（１４）は円形の押え板、（１５）げ円形の絶縁
板、（１６）は円形の来電板、Ｏηは第２図。

；Ｐ、３図に示す円形のガス分離板、θ８１は円形の単
電池、（１９）は隔壁、（４）はリフト用の金具である
。交互に複数個積層されたガス分離板（＋７１と単電池
（＋８）の上下にそれぞれ集電板（１６１、絶縁板０５
１、および押え板（＋４）’（Ｈ重ね、これら積層体の
側面［４本の隔壁−を収すイリけ、リフト用金具（イ）
を有するボルトで固定することにより円柱状の単位積層
体を形成している。なお、この単位積層体の第１〜第４
の４つの側面にばそｔｌぞれ燃料ガス流路の入口と出口
、お工び酸化剤ガス流路の入口と出口が配置されている
。

第５図は第４図に示す単位積層体に対して供給。

排出される反応ガスの流れと隔壁の収り付けを示す説明
図であり、図において、？υは単位積層体である。また
、矢印は反応ガスの流れを示しており、酸化剤ガスの供
給、（ｄ、）は酸化剤ガスの排出ケ示す。

なお、ステンレスなどよりなる隔壁（１９）はそねぞハ
絶縁性パツキンなど全介在させて単位積層体ｃ２１）の
側面に装着され、隔壁（１９）同志にすり合せなどによ
り気密に接合されている。

第６図ｉ−を第５図に示す反応ガスの流７′１紫流路を
中心にして示す説明図であり、この図では酸化剤ガス供
給用の流路、すなわち第３流路ケ示している。図におい
ては、４つの単位積層体シＤの第３而ｍｌ）同志と、こ
ねら単位積層体＠Ｉｌ１間に介在する隔壁（１９）によ
り第３流路が構成されており、＠げこの第３流路の底部
に開口する酸化剤ガスの供給口であり、矢印は第３流路
を囲む４つの単位積層体（２υに対して供給される酸化
剤ガスの流ねる方向？示す。

なお、この図では第３流路についてのみ丞したが、第１
．第２、および第４流路についても同様である。

第７図は複数個の単位積層体の配置を各構成装索全符調
化して模式的に不す配置図であり、２１個の各単位積層
体（２１１はそねそｔ′Ｌ第４図に示すものと同等のも
のである。図において、（ハ）は円筒状の圧力容器、（
ハ）は支柱、（ハ）はガス隔離板、（至）ぼ円筒容ｆ？
＋４　ｖｃ収めらね−た反応ガス供給、排出用の本管、
曽Ｖｒ円筒谷耐ｆ収められた電気系配線であり、翰にこ
の例でげ予備の円筒容器となっている。また、４つの積
層体Ｃ刀と隔壁（１９）とによって囲まｆ′また空間匠
げ（ａ）　、　（−ｂ）　、　（ｃｌ　、　（ｄ）の記
号全記入しであるが、こｈは第５図で説明し７？：、よ
うに反応ガスの種類と供給、排出の別會示すものであり
、（ａ）は燃料ガスの供給、（ｂ）　Ｕ燃料ガスの排出
、（Ｃ）ｄ酸化剤ガスの供給、（ｄ）　！ｄ酸化剤ガス
の排出を示す。なお、圧力容器ＩＡ壁面に近い側では４
つの積層体Ｃυと隔壁（１９）とによって囲まれた空間
ではなく、１・〜３つの積層体（２１）と支柱（２）、
ガス隔離板（ハ）、および反応ガス本管−や電気系統本
線＠全収めた円筒容器などによって囲まネタ空間を利用
して反応ガスの供給、排出に用いている。この場合、こ
れら支柱＠やガス隔離板に）などは隔壁の一釉と考えら
れる。なお、反応ガスの供給口および排出口は圧力容器
（ハ）内部空間の上下どちらか一方に収り付けると、【
い。

第８図は反応ガスの供給口および排出０を圧力各船内部
空間の下面に取り付けた場合の燃料ガスの供給、排出の
経路を示す配管図である。図において、点線は燃料ガス
の供給用支管、実線は排出用支管を示す。なお、この図
では煩雑さ全避けるため燃料ガスの供給および排出用支
管のみを示したが、酸化剤ガスについても同様である。

寸だ５圧力容器（ハ）内部空間の１面に収り付ける場合
も１ｉｌＪ様である。

第９図げ第７図および第８図の側面図であり、円筒状圧
力容器全一部切欠いて内部を示している。

図において、（４）は第８図に示す反応ガス支管の収納
部分、−は円筒容器に収めらねた電気系本線〃）と各単
位積層体Ｉ２υとの間の電気系支線や各単位積層体＠Ｉ
）間の電気系支線の収納部分である。なお、第９図に示
す積層体群が１つの群゛型理となる。

第１０図は第９図に示す群電池全３つ連結したこの発り
１の一実施例による積層形燃料軍池を示す側面図であり
、図において、ｇ３１）は群電池、■に底）（（ものＪ
＋（礎同定部分、（ハ）は天井部の圧力容器である。

反応カス系の配管げ底部り脅で外部と連結され、各群電
池Ｃ３１）間は反応ガス本管（イ）で連結さねていＺｌ
。

−手ｔこ、同様に、電気系配線も底部Ｇ３３で外部と連
結さね、各群砺゛池り３１）間は電気系本線（イ）で連
結さねている。

なお、第２図、第３図で示したガス分離板（１７１の１
１９径を、例えば仮りに３０ｃｍとすると唯電池（１８
）の有効面ｉ＊ニ約５００ｃｍ２となるが、１ｃｍ２当
たりの出力會仮り［０，１５ｗとすると単電池（１８）
当たり７５ｗの出力となる。したがって、単電池（１８
）　？　１００セル積層して単位、４１層体（２１）を
構成した場合にけ単位積層体Ｃ２１）当たり’７．５ｋ
Ｗの出力、また２１個の単位積層体１２’ｌｌよりなる
群電池（１１１１でげ１５７．５ｋｗの出力、さらに第
１Ｏ図π示すように３つの群′電池ｃ３１１連結した場
合ＶＣは４７０１（Ｗの出力となる。また、このとき第
１０図に示ｆ］上方芥器（ハ）の直径は２．５ｍ、高さ
げ約４．５ｍとなる。

捷７こ、第２図、第３図に示すようにガス分離板（１７
１円形にしたのにｒ′市電池有効面積を大きく取るのに
有利なためである。捷だ、その直径は５０ｃｍを超える
と反応ガスたけによるガス冷却では電池の温度制御が困
難ＶＣなり、１０ｃｍ未満πなると単位積層体（２η当
たりの出力が低下するため圧力容器＠に収める単位積層
体Ｃ２］）の数全多くする必要がある。このため部品点
数が増加し、コストも高いものとなる。したがって、冷
却効果、ｉ＃電池（１８）の作成や組立て、単位積層体
Ｃ２１）の収り付け、コスト、および発電規模など全総
合］〜て判断すると、ガス分離板（１７１の直径は３Ｏ
ＣｍｒＩｉＪ後が最も好ましいものと思われる。なお、
ｎｔ簿する単電池（１８）のａけ任怠であるが、１００
セル程度が収り扱い上好ましい。

次に組立方法について説明する。単電池（１８）および
カス分離板０ｎＴｌ−１交互に積みｄｆね、その上下に
それぞれ集電板（１６１、絶縁板（１５）を取り付け、
第４図に示すように２枚の押え板（１４（の間に入ね、
金員π工って上下間を固定する。さらに、４ケ所に隔壁
（１９）ケ装置し、円柱形の単位積層体Ｇｅ１）が完成
する。このようにして完成しｔｃ２１個の単位積層体３
υ１７ｔ、リフト用金具−を用いて第１１図、第３２図
に示すように群電池６Ｂに組み込まねる。第１１図およ
び第１２図げ第４図に示す単位積層体のそれぞれ据付完
了時の状態お工び据付中間状態を示す説明図である。図
ｖｃおいて、（ロ）は反応ガスの供給口および排出口で
あり、この図では燃料ガスの供給口お工び（非出〔１全
示している。（至）げ′電気系配線部分、Ｇ１１９　ｕ
押え板（１４）のテーノ（部分である。この押え板（１
４）のテーパ部分□□□全に、しってガスのシール性が
保たれる。電気系配線部分ｃｆ９は単位４＊Ｗｒ休ｃ２
刀の集電板（１φと連結されており、をらに電気系支線
、電気系本線（ロ）ケ経て外部へ′醒カケ収り出すよう
匠なっている。

以上のように構成さねたものにおいて汀、単電池（１□
□□の面積が・小さく、反応ガスによる冷却だけで各Ｉ
ｔ−Ｌ位頃層体ｃ層内）の温度制御が可能なため冷却板
（３）が不要となり、１だ、単位積層体Ｑυと隔壁（１
９）とで囲まれた空間、すなわち第１−第４流路が反応
ガスのマニホールドとしての役割を果たすため、従来の
ように各１ｉ位積層体ｅ刀へのマニホールド（５）の収
り付けば不要である。さらに、群電池６］）単位での増
減が可能であり、必要な発電規模に応じて群電池０１）
全増減して調節することが可能である。

なお、上記実施例でげ電池の有効面積の観点から単電池
（１８１やガス分離板（１７１を円形に形成した場合に
ついて示したが、だ円形や多角形であっても上記実施例
と同様の効果が得らねる。また、圧力容器−へ収める単
位積層体ｔＺＵの数も、単重油州の有効面積や発電規模
に応じて決めれは工く、Ｌ記実施例のように必ずしも２
１個である必要はない。

さらに、各単位積層体ｔ２Ｎ）間に設けた隔壁（＋９）
Ｋついても必ずしも必要で灯なく、単ｒ１（池（１８１
やガス分離板θ′７１の形状を工夫して、単位積層体ｅ
υ同志を面接気密に接合することも可能である。

また、上記実施例では反応ガス流路（ｌｉｔ）　、　（
Ｉｌｌをカス分離板（１７１に設けた場合πついて示し
たが、単電池（ｉ８１に設けた場合についても上記実施
例と同様の効果７ｆ奏する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれは、燃料電極。

電解質マトリックス、および酸化剤゛小極を有する１ｉ
１−電池とガス分離板とを交互ＶＣ複数個積層し、燃料
ガスθ１を路の入口、出口がそれそハ第１．第２面に、
酸化剤ガス流路の人口、出口がそねそれ第３゜第４１ｉ
Ｊｉ　Ｉて配置ｉ’、／さノ１ている１４１位積屠体を
複数個備え、各１１重積層体の第１〜弔４而と他の１１
重積層体のぞ１それ第］〜第４面同志で囲まねたそねぞ
ｎ第１〜第４流路全形成するように上記各単位積層体４
・並設（−１上記各ｆＪＬ位積層体に対して、第］流路
から燃料ガスケ供給し、その燃料ガス流路を通って；Ｐ
、に流路から［ｊト出し、第３流路から酸化剤ガースを
供給し、その酸化剤ガス流路全曲って第４流路から排出
−４−るように構成し１こので、上記ｍ屠体層内に積層
さねている冷却板を省略すると共に、燃料および酸化剤
ガスの供給、排出用マニホールドを雀いた＋７を層形・
燃料電池が得らねる効果がある。

４、　図面の（資）単な説明 へ１１図は従来の積層形燃料重油の一部切欠し１て内部
を小す胴祝図、第２図、第３図げこの発り４の−実施例
ｖｒ係わるガス分離板のそねぞれ表、裏をボ丁平向図、
第４図ぼこの発明の−゛実施例に係わる単位積層体の隔
壁を中心にして見た２つの而が衣示さねている側面図、
第５図は第４図ＶＣ示す（１１重積層体に対して供給、
排出される反応ガスの流ねと隔壁の収り付は全示１−説
川図、第６図は、１４５図に示す反応ガスの流ｆ′１全
１ケを中心πして示す税目１１図、第７図は俵数個の単
位積層体の配置ケ各構成要素を管制化して模式的匠示す
配置図、第８図は反応ガスの供給口および排出１１全圧
力容ｄ÷内部空間の下回に収り付番プだ場合の燃料ガス
の供給。

排出の経１俗を示す配管図、第９図げ第７図２４しび第
８図に示す群電池び）一部明欠いて内Ｈ１り９−小すこ
の発明の一実施例πなる側ａ丁１図、第１０Ｎａ第９図
に承す群電池な・３つ連結し１ここの発、１１（の−実
施例による積層形燃料′重油を示”仁側面図、＠１１図
。

第１２図り、第４図に示す単位積層体のそねそね据付児
了時の状態および据付中間状態を承す説１Ｊｌｊ図であ
る。

因において、ｉｌｌ　、　Ｑｓ＋灯単軍池、＋２１　、
　ｉｌｌにガス分離板、（３）は冷却板、＋４１．１２
υげ単位積層体、（６）げ反応ガスのマニホールド、（
８）、（ハ）灯１３−１力容圏、（１０１。

（１１）は反応ガス流路、（１９）は隔壁、Ｃ（υは群
電池、（Ｉ）〜（ＩＶ）　ｒｔ　Ｅ１１位４’＋￥層体
シυのそれそね第１−第４面、（ａ）　Ｕ、浴料ガスの
供給、（ｂ）　ｉｊ燃料ガスの排出、（ｃ）は酸化剤ガ
スの供給、（（１）げ酸化剤ガスの排出を示す。ま７乙
、矢印は反厖ガスおよび冷却用空気の流れる方向をボー
Ｊ−。

なお、図中、同−符吋は同一または相当部分會示すもの
とする。

代理人　ノ（岩　増　雄 第１図 第２図 １■ 第７３図 ｅ（：　、１図 第す図 第６図 第７図 第と３図 第１）図 第１０図 第１１図 ３６１４ 第１２図 冨ＺＡ　ＥＺる

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｆｌｆ　燃料゛市極、電解質マトリックス、および竣化
   削′市極分有する単゛磁池とガス分離板とを交互に複数
   個積層し、燃料ガス流路の入口、出口がそれぞれ第１．
   第２面に、酸化剤ガス流路の入口、出口が−４：ねそれ
   第３．第４面に配置されている単位積層体（Ｉｌ−複数
   個備え、各単位積層体の第１〜ｍ４而と他のＮ！位Ｍ層
   体のそねぞれ第１〜第４面同志で四重ｔ′したそねぞね
   第１〜第４流路を形成するようＶｃＬ記各単位積層体を
   並役し、上記各単位積層体に対して、第１流路から燃料
   ガスを供給し、その燃料ガス流路を通って第２流路η・
   ら排出し、第３流路から酸化剤ガスケ供給し、その酸化
   剤ガス流路を通って第４流路から排出するように構成し
   １こ積層形燃料電池。 （２）　特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、第
   １−第４流路げ各単位積層体の面と隔壁により構成さｎ
   ５ていることを特徴とする積層形燃料車池。