JPS6160547B2 - - Google Patents
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- JPS6160547B2 JPS6160547B2 JP56021771A JP2177181A JPS6160547B2 JP S6160547 B2 JPS6160547 B2 JP S6160547B2 JP 56021771 A JP56021771 A JP 56021771A JP 2177181 A JP2177181 A JP 2177181A JP S6160547 B2 JPS6160547 B2 JP S6160547B2
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- Japan
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- oxidizing agent
- fuel cell
- separation plate
- supply groove
- space
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- 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
- H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
- H01M8/2485—Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack
-
- 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
-
- 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
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- 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】
この発明は積層形燃料電池のガス分離板の構造
に関するものである。
に関するものである。
燃料電池の単電池の取り出し得る電圧は、通
常、1V以下であり、実用的電圧を得るためには
単電池を積層しなければならない。燃料電池は水
素を含む燃料や酸素または空気などの酸化剤など
の反応物を当技術分野において公知の電気化学反
応で直流電力に変換するものである。燃料電池は
反応物を電池に供給するための流路を提供するガ
ス分離板(以下、「分離板」と略称する)の間に
はさまれている。電気化学反応により、その副産
物として廃熱が発生し、この廃熱を適当に除去す
ることにより燃料電池は所要の動作温度に維持さ
れる。燃料電池の効率は動作温度が高いほど大き
いので、材料の許容する最高温度内で、できるだ
け燃料電池の温度一様性を維持することが必要で
ある。
常、1V以下であり、実用的電圧を得るためには
単電池を積層しなければならない。燃料電池は水
素を含む燃料や酸素または空気などの酸化剤など
の反応物を当技術分野において公知の電気化学反
応で直流電力に変換するものである。燃料電池は
反応物を電池に供給するための流路を提供するガ
ス分離板(以下、「分離板」と略称する)の間に
はさまれている。電気化学反応により、その副産
物として廃熱が発生し、この廃熱を適当に除去す
ることにより燃料電池は所要の動作温度に維持さ
れる。燃料電池の効率は動作温度が高いほど大き
いので、材料の許容する最高温度内で、できるだ
け燃料電池の温度一様性を維持することが必要で
ある。
従来、燃料電池からの廃熱除去のためには、空
気または冷却液による熱交換器を、分離板を2枚
に分割しその間にはさむ形で設置されることが多
い。また、酸化剤に空気を用いる場合には、電気
化学的に決まる所要空気量よりも相当大量の空気
を酸化剤供給口に供給することにより、酸化剤の
供給と廃熱の除去とを同時に行なう方式が提案さ
れている。この種の積層形燃料電池の一例の分離
板部分の構造を第1図の分解斜視図に示す。第1
図において、1は分離板、2は燃料電極、多孔性
の絶縁板に電解液を浸み込ませたマトリツクスお
よび酸化剤電極から成る単電池であり、隣り合う
分離板1の間に配置される。分離板1の両主面に
はそれぞれ酸化剤供給溝11および燃料供給溝1
2が設けられている。これらの供給溝11,12
は、通常、直交する方向に設けられている。複数
個の分離板、単電池を積層した燃料電池本体の4
辺にヘツダを設けて積層形燃料電池を構成してい
る。
気または冷却液による熱交換器を、分離板を2枚
に分割しその間にはさむ形で設置されることが多
い。また、酸化剤に空気を用いる場合には、電気
化学的に決まる所要空気量よりも相当大量の空気
を酸化剤供給口に供給することにより、酸化剤の
供給と廃熱の除去とを同時に行なう方式が提案さ
れている。この種の積層形燃料電池の一例の分離
板部分の構造を第1図の分解斜視図に示す。第1
図において、1は分離板、2は燃料電極、多孔性
の絶縁板に電解液を浸み込ませたマトリツクスお
よび酸化剤電極から成る単電池であり、隣り合う
分離板1の間に配置される。分離板1の両主面に
はそれぞれ酸化剤供給溝11および燃料供給溝1
2が設けられている。これらの供給溝11,12
は、通常、直交する方向に設けられている。複数
個の分離板、単電池を積層した燃料電池本体の4
辺にヘツダを設けて積層形燃料電池を構成してい
る。
第2図は上記のような積層形燃料電池を分離板
の酸化剤供給溝を分離板の主面方向に横断して示
した横断面図であり、見えない部分の図示は省略
してある。第2図において、1は分離板、11は
酸化剤供給溝、3aは燃料供給側のヘツダ、3b
は燃料排出側のヘツダ、31aはヘツダ3aの燃
料供給口、31bはヘツダ3bの燃料排出口、4
aは酸化剤供給側のヘツダ、4bは酸化剤排出側
のヘツダ、41aはヘツダ4aの酸化剤供給口、
41bはヘツダ4bの酸化剤排出口、5はヘツダ
3a,3b,4aおよび4bを燃料電池本体に封
着させるためのガスケツト、6a,6b,7aお
よび7bはそれぞれヘツダ3a,3b,4aおよ
び4bと燃料電池本体との間に形成された燃料供
給側空間、燃料排出側空間、酸化剤供給側空間お
よび酸化剤排出側空間である。
の酸化剤供給溝を分離板の主面方向に横断して示
した横断面図であり、見えない部分の図示は省略
してある。第2図において、1は分離板、11は
酸化剤供給溝、3aは燃料供給側のヘツダ、3b
は燃料排出側のヘツダ、31aはヘツダ3aの燃
料供給口、31bはヘツダ3bの燃料排出口、4
aは酸化剤供給側のヘツダ、4bは酸化剤排出側
のヘツダ、41aはヘツダ4aの酸化剤供給口、
41bはヘツダ4bの酸化剤排出口、5はヘツダ
3a,3b,4aおよび4bを燃料電池本体に封
着させるためのガスケツト、6a,6b,7aお
よび7bはそれぞれヘツダ3a,3b,4aおよ
び4bと燃料電池本体との間に形成された燃料供
給側空間、燃料排出側空間、酸化剤供給側空間お
よび酸化剤排出側空間である。
次に、この燃料電池の動作を分離板を中心に説
明する。酸化剤である空気はヘツダ4aの酸化剤
供給口41aから酸化剤供給溝11に供給され、
ヘツダ3aの燃料供給口31aから燃料供給溝1
2に供給された燃料と単電池2を介して反応し、
生成水蒸気を空気に含みながらヘツダ4bの酸化
剤排出口41bから排出される。この際、空気は
化学反応に伴う廃熱を除去し、それ自身の温度を
上昇させる。燃料ガスは、空気の量に比し通常1
桁程度少ないので分離板1および単電池2の温度
分布は空気側の熱伝達特性によつてほぼ決まり、
空気の流れ方向に温度分布ができるのが普通であ
る。
明する。酸化剤である空気はヘツダ4aの酸化剤
供給口41aから酸化剤供給溝11に供給され、
ヘツダ3aの燃料供給口31aから燃料供給溝1
2に供給された燃料と単電池2を介して反応し、
生成水蒸気を空気に含みながらヘツダ4bの酸化
剤排出口41bから排出される。この際、空気は
化学反応に伴う廃熱を除去し、それ自身の温度を
上昇させる。燃料ガスは、空気の量に比し通常1
桁程度少ないので分離板1および単電池2の温度
分布は空気側の熱伝達特性によつてほぼ決まり、
空気の流れ方向に温度分布ができるのが普通であ
る。
この方式は冷却のために酸化剤供給溝11に多
量の空気を供給するので、このための補機動力が
多くなるという欠点があつた。また、補機動力を
減らすために空気供給量を減らすと、電池内に空
気の流れ方向に温度分布が生じ、電池全体として
の効率が低くなる欠点があつた。
量の空気を供給するので、このための補機動力が
多くなるという欠点があつた。また、補機動力を
減らすために空気供給量を減らすと、電池内に空
気の流れ方向に温度分布が生じ、電池全体として
の効率が低くなる欠点があつた。
この発明は、上記のような従来のものの欠点を
除去するためになされたものであつて、分離板お
よびヘツダの構造を変更することにより温度分布
の一様性がよくなり、電池全体として効率の改善
された積層形燃料電池を提供することを目的とし
ている。
除去するためになされたものであつて、分離板お
よびヘツダの構造を変更することにより温度分布
の一様性がよくなり、電池全体として効率の改善
された積層形燃料電池を提供することを目的とし
ている。
以下、この発明を実施例に基づいて説明する。
第3図はこの発明による積層形燃料電池の第1
の実施例の分離板部分の構造を示す分解斜視図で
ある。第3図において、1Aは分離板A、1Bは
分離板B、11Aは分離板A 1Aの酸化剤供給
溝A、11Bは分離板B 1Bの酸化剤供給溝
B、2は単電池である。分離板A 1Aと分離板
B 1Bとは交互に配置されており、酸化剤供給
溝Aと酸化剤供給溝Bは互いに交差している。
の実施例の分離板部分の構造を示す分解斜視図で
ある。第3図において、1Aは分離板A、1Bは
分離板B、11Aは分離板A 1Aの酸化剤供給
溝A、11Bは分離板B 1Bの酸化剤供給溝
B、2は単電池である。分離板A 1Aと分離板
B 1Bとは交互に配置されており、酸化剤供給
溝Aと酸化剤供給溝Bは互いに交差している。
第4図は第1の実施例の燃料電池を分離板の酸
化剤供給溝を分離板の主面方向に横断して示した
横断面図である。第4図において、第2図と同一
符号は第2図にて示したものと同様のものを表わ
している。1Aは分離板A、11Aは分離板A
1Aの酸化剤供給溝A、4cは酸化剤供給側と酸
化剤排出側とを兼ねたヘツダ、4dはヘツダ4c
と反対側にある酸化剤連通側のヘツダ、7cは酸
化剤連通空間である。
化剤供給溝を分離板の主面方向に横断して示した
横断面図である。第4図において、第2図と同一
符号は第2図にて示したものと同様のものを表わ
している。1Aは分離板A、11Aは分離板A
1Aの酸化剤供給溝A、4cは酸化剤供給側と酸
化剤排出側とを兼ねたヘツダ、4dはヘツダ4c
と反対側にある酸化剤連通側のヘツダ、7cは酸
化剤連通空間である。
この実施例においては、仕切板42を有するヘ
ツダ4cによつて燃料電池本体の同一の側面側に
酸化剤供給側空間7aと酸化剤排出側空間7bと
が形成され、燃料電池本体の他方の側面側にはヘ
ツダ4dによつて酸化剤連通空間7cが形成され
ている。酸化剤供給溝A 11Aと酸化剤供給溝
B 11Bとは酸化剤連通空間7cを介して連通
している。
ツダ4cによつて燃料電池本体の同一の側面側に
酸化剤供給側空間7aと酸化剤排出側空間7bと
が形成され、燃料電池本体の他方の側面側にはヘ
ツダ4dによつて酸化剤連通空間7cが形成され
ている。酸化剤供給溝A 11Aと酸化剤供給溝
B 11Bとは酸化剤連通空間7cを介して連通
している。
次に、上記の実施例の動作について説明する。
酸化剤の空気は、ヘツダ4cに設けられた酸化剤
供給口41aから酸化剤供給側空間7aに入り、
分離板A 1Aの側面から酸化剤供給溝A 11
Aに入り、単電池2を介して燃料ガスと反応して
水蒸気を生成しかつ反応熱によつてそれ自身の温
度を上昇させつつ、酸化剤連通空間7cに入る。
そして、酸化剤連通空間7cにおいて流れの方向
を変え、分離板B 1Bに設けられた酸化剤供給
溝B 11Bを通つて、上記と同様の反応を継続
しながら、酸化剤排出側空間7bに達し、酸化剤
排出口41bから排出される。以上の過程におい
て、空気は分離板1枚毎に反対方向に流れるの
で、分離板および単電池を介する積層方向の熱移
動によつて、分離板および単電池に生ずる温度分
布は極めて小さくなり、電池全体としての効率を
向上させることができる。
酸化剤の空気は、ヘツダ4cに設けられた酸化剤
供給口41aから酸化剤供給側空間7aに入り、
分離板A 1Aの側面から酸化剤供給溝A 11
Aに入り、単電池2を介して燃料ガスと反応して
水蒸気を生成しかつ反応熱によつてそれ自身の温
度を上昇させつつ、酸化剤連通空間7cに入る。
そして、酸化剤連通空間7cにおいて流れの方向
を変え、分離板B 1Bに設けられた酸化剤供給
溝B 11Bを通つて、上記と同様の反応を継続
しながら、酸化剤排出側空間7bに達し、酸化剤
排出口41bから排出される。以上の過程におい
て、空気は分離板1枚毎に反対方向に流れるの
で、分離板および単電池を介する積層方向の熱移
動によつて、分離板および単電池に生ずる温度分
布は極めて小さくなり、電池全体としての効率を
向上させることができる。
なお、上記の実施例においては、酸化剤供給溝
A 11Aおよび酸化剤供給溝B 11Bはそれ
ぞれ分離板A 1Aおよび分離板B 1Bの対角
方向に平行して設けたものを示したが、第5図に
分離板部分の分解斜視図を示すこの発明の第2の
実施例のように、反応面積を有効に使うために、
酸化剤供給側空間7aおよび酸化剤排出側空間7
b側は分離板C 1Cおよび分離板D 1Dの約
半分の部分に、酸化剤連通空間7c側は分離板C
1Cおよび分離板D 1Dの全長にわたつて、
それぞれ酸化剤供給溝C 11Cおよび酸化剤供
給溝D 11Dが配置された分離板C 1Cおよ
び分離板D 1Dを用いてもよい。
A 11Aおよび酸化剤供給溝B 11Bはそれ
ぞれ分離板A 1Aおよび分離板B 1Bの対角
方向に平行して設けたものを示したが、第5図に
分離板部分の分解斜視図を示すこの発明の第2の
実施例のように、反応面積を有効に使うために、
酸化剤供給側空間7aおよび酸化剤排出側空間7
b側は分離板C 1Cおよび分離板D 1Dの約
半分の部分に、酸化剤連通空間7c側は分離板C
1Cおよび分離板D 1Dの全長にわたつて、
それぞれ酸化剤供給溝C 11Cおよび酸化剤供
給溝D 11Dが配置された分離板C 1Cおよ
び分離板D 1Dを用いてもよい。
また、第6図に横断面図を示すこの発明の第3
の実施例のように、曲線状の酸化剤供給溝11E
を設けた分離板E 1Eとこれと対をなす同様の
分離板とを用いて、有効反応面積を増加させるこ
とも可能である。
の実施例のように、曲線状の酸化剤供給溝11E
を設けた分離板E 1Eとこれと対をなす同様の
分離板とを用いて、有効反応面積を増加させるこ
とも可能である。
以上のように、この発明による積層形燃料電池
においては、分離板の酸化剤供給溝の形状とヘツ
ダの形状とを変えることにより、酸化剤としての
空気が分離板毎に反対方向に流れるように構成し
たので、分離板および単電池の積層方向への熱移
動によつて分離板および単電池における空気の流
れ方向の温度分布を非常に小さく押さえることが
可能となる。このことは、電池の反応温度を電池
全体にわたつて、材料の許容温度に近く維持する
ことができ、したがつて、電池全体としての効率
を高く保つことができる。
においては、分離板の酸化剤供給溝の形状とヘツ
ダの形状とを変えることにより、酸化剤としての
空気が分離板毎に反対方向に流れるように構成し
たので、分離板および単電池の積層方向への熱移
動によつて分離板および単電池における空気の流
れ方向の温度分布を非常に小さく押さえることが
可能となる。このことは、電池の反応温度を電池
全体にわたつて、材料の許容温度に近く維持する
ことができ、したがつて、電池全体としての効率
を高く保つことができる。
第1図は従来の積層形燃料電池の分離板部分の
分解斜視図、第2図は従来の積層形燃料電池の横
断面図、第3図はこの発明の第1の実施例の分離
板部分の分解斜視図、第4図はこの発明の第1の
実施例の横断面図、第5図はこの発明の第2の実
施例の分離板部分の分解斜視図、第6図はこの発
明の第3の実施例の横断面図である。 図において、1,1A,1B,1C,1D,1
Eはガス分離板、11,11A,11B,11
C,11D,11Eは酸化剤供給溝、12は燃料
供給溝、2は単電池、3a,3b,4a,4b,
4c,4dはヘツダ、7aは酸化剤供給側空間、
7bは酸化剤排出側空間、7cは酸化剤連通空間
である。なお、図中同一符号はそれぞれ同一また
は相当部分を示す。
分解斜視図、第2図は従来の積層形燃料電池の横
断面図、第3図はこの発明の第1の実施例の分離
板部分の分解斜視図、第4図はこの発明の第1の
実施例の横断面図、第5図はこの発明の第2の実
施例の分離板部分の分解斜視図、第6図はこの発
明の第3の実施例の横断面図である。 図において、1,1A,1B,1C,1D,1
Eはガス分離板、11,11A,11B,11
C,11D,11Eは酸化剤供給溝、12は燃料
供給溝、2は単電池、3a,3b,4a,4b,
4c,4dはヘツダ、7aは酸化剤供給側空間、
7bは酸化剤排出側空間、7cは酸化剤連通空間
である。なお、図中同一符号はそれぞれ同一また
は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 燃料電極、マトリツクスおよび酸化剤電極か
らなる複数個の単電池とこれら単電池間に配置さ
れ一方の主面には燃料供給溝を有し他方の主面に
は酸化剤供給溝を有するガス分離板とを備えた燃
料電池本体、ならびにこの燃料電池本体との間に
空間を形成するヘツダを備えたものにおいて、上
記燃料電池本体の一つの側面との間に酸化剤供給
側空間と酸化剤排出側空間とを形成するヘツダお
よび上記燃料電池本体の上記側面と反対側の側面
との間にこの側面のほぼ全面のわたる単一の酸化
剤連通空間を形成するヘツダを用いると共に、一
方の端部においては上記酸化剤供給側空間に開口
し反対側の端部においては上記酸化剤連通空間に
開口する酸化剤供給溝を有する第1のガス分離
板、および一方の端部においては上記酸化剤排出
側空間に開口し反対側の端部においては上記酸化
剤連通空間に開口する酸化剤供給溝を有する第2
のガス分離板を用い、第1のガス分離板と第2の
ガス分離板とでは酸化剤の流れ方向が互いに逆で
あると共に酸化剤供給溝が交差するように配置さ
れていることを特徴とする積層形燃料電池。 2 1枚のガス分離板においては酸化剤供給溝が
相互に平行であることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の積層形燃料電池。 3 ガス分離板の酸化剤連通空間側の側面におい
ては酸化剤供給溝がこの側面のほぼ全面にわたつ
て開口していることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の積層形燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56021771A JPS57136777A (en) | 1981-02-16 | 1981-02-16 | Laminated fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56021771A JPS57136777A (en) | 1981-02-16 | 1981-02-16 | Laminated fuel cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57136777A JPS57136777A (en) | 1982-08-23 |
| JPS6160547B2 true JPS6160547B2 (ja) | 1986-12-22 |
Family
ID=12064332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56021771A Granted JPS57136777A (en) | 1981-02-16 | 1981-02-16 | Laminated fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57136777A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4853301A (en) * | 1985-12-04 | 1989-08-01 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Fuel cell plates with skewed process channels for uniform distribution of stack compression load |
| JPH06101349B2 (ja) * | 1987-03-23 | 1994-12-12 | 株式会社日立製作所 | 燃料電池 |
| US7462415B2 (en) | 2003-09-24 | 2008-12-09 | General Motors Corporation | Flow field plate arrangement for a fuel cell |
| FR2913819A1 (fr) * | 2007-03-16 | 2008-09-19 | Air Liquide | Plaque de pile a combustible, empilage de cellules de pile a combustible et pile a combustible correspondante |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3994748A (en) * | 1975-05-02 | 1976-11-30 | United Technologies Corporation | Method for feeding reactant gas to fuel cells in a stack and apparatus therefor |
-
1981
- 1981-02-16 JP JP56021771A patent/JPS57136777A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57136777A (en) | 1982-08-23 |
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