JPS6276259A - 燃料電池用セパレ−タ - 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】 ［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一部門で用いる燃料電池にお
いてカソード側とアノード側とを仕切るために用いるセ
パレータに関するものである。

［従来の技術］ 現在までに提案されている溶融炭酸塩型の燃料電池とし
ては、たとえば、第６図に示す如く、タイル（電解質板
）ａをカソードｂとアノードＣの両電極で両面から挾ん
でなる単セルのカソードｂ側に作動流体としてＣＯ２を
含んだ空気（酸化ガス）ｄを供給すると共に、アノード
Ｃ側に作動流体としてＨ２＠の燃料（燃料ガス）ｅを供
給することによりカソードｂとアノードＣ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ｆを介して多層に積層させ、適当な締付力
で固定させるようにした構成のものがある。

上記燃料電池に用いられているセパレータｆとしては、
第７図に一例を示す如く、周辺部の一側に酸化ガスｄの
供給流路ｈ、燃料ガスｅの供給流路ｉを間口させると共
に、周辺部の他側に酸化ガス排出流路Ｊ、燃料ガス排出
流路ｋを形成し、かかる周辺部を除く内部に凹凸９を形
成させて単セルを挾んで流れる酸化ガスｄと燃料ガスｅ
が各層とも同じ方向としたものが通常であり、酸化ガス
ｄ及び燃料ガスｅをセパレータ両面に沿い流すようにす
るため、アノード側流路スペーサ！及びカソード側流路
スペーサｍがセパレータｆの周辺部両面に重ね合わされ
て使用されるようにしである。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、上記従来の方式では、酸化ガスｄ及び燃料ガ
スｅは単セルを挾んで並行流となると共に、各層でも同
一の方向への並行流となるようにしであるため、セパレ
ータｆを介して酸化ガスと燃料ガスとの熱交換によって
両ガスの温度差はなく、流れ方向に進むに従ってタイル
ａからの発熱によってタイルミ１酸化ガスｄ、燃料ガス
ｅ及びセパレータｆの各温度は一様に増加する。又、酸
化ガスｄと燃料ガスｅの組成比をタイル全面で均一化す
ることが回動で高い電池性能が１昇られない。

そこで、本発明は、かかる問題を解決するため、セパレ
ータを挾んで流れる酸化ガスと燃料ガスが並行流となり
且つタイル及び電極からなる単セルを挾んで流れる酸化
ガスと燃料ガスとが対向流となるようにできるセパレー
タを提供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、周辺部の一側に酸化ガスと燃料ガスの各供給
流路と排出流路をそれぞれ設けると共に周辺部の他側に
も同様に酸化ガスと燃料ガスの各供給流路と排出流路を
それぞれ設けると共に周辺部の他側にも同様に酸化ガス
と燃料ガスの各供給流路と排出流路をそれぞれ設け、且
つ電極と当接する中央部分の表裏両面に、ガス通路を設
け、片面のガス通路が周辺部一側の燃料ガス供給流路と
他側の燃料ガス排出流路にのみ連通している状態のとき
は反対面のガス通路が周辺部一側の酸化ガス供給流路と
他側の酸化ガス排出流路にのみ連通しているような切欠
溝を設け、更に、上記周辺部一側に設けられた酸化ガス
及び燃料ガスの各排出流路と、周辺部他側に設けられた
酸化ガス及び燃料ガスの各供給流路とを１８０度向きを
変えても同一配置となるように対称位置に設けた構成の
セパレータとする。

［作　　　用］ 本発明のセパレータを、タイルをカソードとアノードと
で挾んでなる燃料電池ユニットを多層に積み重ねる際に
各ユニット間に介在させるとき、各層ごとにセパレータ
を１８０度向きを変えても周辺部一側及び他側の各供給
流路と排出流路は軸心方向に一致するので、各層ごとに
１８０度向きを変えて交互に配置すると、各層ごとに酸
化ガス及び燃料ガスの流れ方向が反対となる。

［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図及び第２図は本発明のセパレータの一例を示すも
ので、第１図は表面を、第２図は裏面を示している。

タイルの両面を挾むカソード及びアノードの各電極に重
なる中央部の表面及び裏面に、たとえば、機械加工、又
はプレス加工等で多数の凹凸２を設け、該多数の凹凸２
を設けたセパレータ本体１の周辺部一側に、酸化ガスＯ
Ｇの供給流路３と排出流路５、及び燃料ガスＦＧの供給
流路４と排出流路６を一定間隔に設け、又、周辺部の他
側には、同じく酸化ガスＯＧの供給流路３と排出流路５
、燃料ガスＦＧの供給流路４と排出流路６を、上記一側
の配列と同じ配列の仕方で設け、セパレータ本体１を１
８０度向きを変えて上記一側と他側とを逆にしても各供
給流路３．４及び排出流路５．６の位置は一致するよう
にする。

セパレータ本体１の表面における凹凸２部には、周辺部
一側の燃料ガス供給流路４のみが開口するよう切欠溝７
を設け、燃料ガスＦＧが上記供給流路４から凹凸２によ
り形成されるガス通路の全域を流れるようにしたとき、
周辺部の他側の燃料ガス排出流路６のみが表面のガス通
路に連通ずるように切欠溝８を設け、他の各供給流路３
．４及び排出流路５，６は表面のガス通路とは遮断され
ているようにする。一方、セパレータ本体１の裏面では
、第２図に示す如く、周辺部の一側の酸化ガス供給流路
３のみが裏面のガス通路に連通ずるとき、周辺部の他側
の酸化ガス排出流路５のみが当該ガス通路に連通するよ
う切欠溝９，１０を設け、他の各供給流路３．４及び排
出流路５．６は裏面のガス流路とは遮断されているよう
にする。

本発明のセパレータを用いて積層形燃料電池を組み立て
るときは、本発明のセパレータを、第１図の状態（姿勢
Ａ）と、第１図の状態から１８０度向きを変えて酸化ガ
スＯＧ及び燃料ガスＦＧが第１図の場合とは逆方向に流
れるようにした第３図の状態（姿勢Ｂ）とし、第３図の
場合と同様にタイル１１をカソード１２とアノード１３
とで挾んでなる燃料電池ユニットを多層に積み重ねると
き、本発明のセバレータエを上記姿勢Ａと姿勢Ｂとして
交互に介在させ、外周部を所定の締付力で締め付けるこ
とによって第４図に示す如き一体化された燃料電池に組
み立てる。

第４図において、１４及び１５は本発明のセパレータＩ
によりアノード１３及びカソード１２をタイル１１に強
く押し付は過ぎるのを防止するために用いるディスタン
スピースであり、第５図に示す如く内部を電極の大きさ
分だけ切り取り且つ周辺部の両側に本発明のセパレータ
エにおけると同様な配列で酸化ガス及び燃料ガスの各供
給流路３，４、排出流路５．６を有している。

今、第４図において最下位置にあるセパレータ■が姿勢
Ａであるとし、その上の層のセパレータ■が姿勢Ｂであ
るとすると、姿勢Ａのセパレータエでは、該セパレータ
■を挾んで流れる酸化ガスＯＧと燃料ガスＦＧとは図中
布から左へ流れる並流であるが、姿勢Ｂのセバレータエ
ではセパレータエを挾んで流れる酸化ガスＯＧと燃料ガ
スＦＧは図中左から右へ流れる並流となり、タイル１１
及びカソード１２、アノード１３の各電極を挾んで流れ
る酸化ガスＯＧと燃料ガスＦＧとは反対方向の流れ、す
なわち、対向流となる。これによりタイル１１の両面で
は酸化ガスＯＧと燃料ガスＦＧとが対向流となることか
ら、タイル１１の温度が酸化ガスと燃料ガスの平均温度
に近くなってほぼ平坦な温度分布が得られ、酸化ガスと
燃料ガスの組成比をタイル１１の全平面で均一化させる
ことができ、又、セパレータＩを挾んで酸化ガスＯＧと
燃料ガスＦＧが並行流となっていることから、タイル１
１の全面を最適な温度に均一化させることができる、と
いう対向流の特長が同時に得られる。

なお、本発明は上記実施例にのみ限定されるものではな
く、周辺部の一側及び他側に各４個の流路３，４，５．
６が設けであるが、４個に限らず、８個ずつでもよく、
４個の倍数であればよい。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明のセパレータによれば、１８０度
向きを変えて積み重ねても、周辺部の一側とこれに対向
する他側に設けた酸化ガスと燃料ガスの各供給流路及び
排出流路が重なり合って酸化ガス専用及び燃料ガス専用
の流路を形成するように各供給及び排出流路が配列しで
あると共に、表面に流れるガスと裏面を流れるガスとが
並行流となるようにしであるので、本セパレータを１８
０度向きを変えながら交互に積層してその間にタイル、
電極を挾むようにすることにより本セパレータを挾んで
流れるガスは並行流、タイルを挾んで流れるガスは対向
流とすることができて、タイル全面を均一な温度分布に
することができると共に酸化ガスと燃料ガスの組成比を
タイルの全平面で均一化させることができて電池の性能
の向上を図ることができる。

又、表裏両面のガス流路を多数の不連続の凹凸により形
成しておくことにより１個所が詰っても支障なくガスを
均一に流すことができる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセパレータの表面を示す一例図、第２
図は本発明のセパレータの裏面を示す一例図、第３図は
第１図の状態より　１８０度向きを変えた状態を示す図
、第４図は本発明のセパレータを用いて組み立てた積層
燃料電池の概要を示す切断側面図、第５図は第４図のよ
うに燃料電池を組み立てる際に用いるディスタンスピー
スを本発明のセパレータより分離させた状態を示す図、
第６図は従来の燃料電池の断面図、第７図は最近考えら
れているセパレータの両面にスペーサを重ね合わせてな
る内部マニホールド型セパレータを分離した状態を示す
斜視図である。 ■は本発明のセパレータ、１はセパレータ本体、２は凹
凸、３は酸化ガス供給流路、４は燃料ガス供給流路、５
は酸化ガス排出流路、６は燃料ガス排出流路、７，８，
９．１０は切欠溝、１１はタイル、１２はカソード、１
３はアノード、○Ｇは酸化ガス、ＦＧは燃料ガスを示す
。 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）周辺部の一側に酸化ガスと燃料ガスの各供給流路と
   排出流路をそれぞれ設けると共に周辺部の他側にも同様
   に酸化ガスと燃料ガスの各供給流路と排出流路をそれぞ
   れ設け、且つ電極と当接する中央部の表裏両面にガスの
   通路を設け、片面のガス通路を周辺部一側の燃料ガス供
   給流路と他側の燃料ガス排出流路にのみ連通させると共
   に、反対面のガス通路を周辺部一側の酸化ガス供給流路
   と他側の酸化ガス排出流路にのみ連通させ、更に、上記
   周辺部の一側の各流路と周辺部の他側の各流路とを各々
   対称位置に設けたことを特徴とする燃料電池用セパレー
   タ。