JPS63128563A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は燃料電池に係り、待に集電及び冷却機能を有す
る冷却プレートの構成を改良した燃料電池に関する。

（従来の技術） 従来、燃料の有している化学的エネルギーを直接電気的
エネルギーに変換する装置として燃料電池が知られてい
る。この燃料電池は通常、電解質層を挟んで一対の多孔
質の電極を配置するとともに、一方の電極の背面に水素
ガス等の燃料ガスを接触させ、また他方の電極の背面に
酸素ガス等の酸化剤ガスを接触させ、このとき起こる電
気化学的反応を利用して、上記両電極間から高いエネル
ギーの変換効率で電気エネルギーを取り出すことができ
るものである。

ところで、上記のような原理に基づく、特にリン酸を電
解質とした燃料電池の単位セルは、第図に示すように構
成されており、またこの単位セルを複数個積層すること
によって、第４図に示すように燃料電池全体を構成して
いる。

すなわち、第４図において単位セルは、電解質を含浸し
たマトリックス１を境にして両側に多孔質体で形成され
触媒が付加されているリブ付電極２．３（通常炭素材か
ら成る）を配置し、またこのリブ付電極２，３は触媒付
加面の反対面にそれぞれ流体燃料または流体酸化剤の流
通路４，５を有している。ざらに、両リブ付電極２．３
のマトリックス１と反対側の背面には、それぞれセパレ
ータ６を配置している。このように、マトリックス１、
リブ付電極２，３およびセパレータ６を積層し、この状
態でそれぞれリブ付電極２，３の流体燃料流通路および
流体酸化剤流通路の両端開口だけを残し、各積層端面部
を気密にシールして単位セルを構成している。

第４図のように構成された単位セルは複数個積層され、
第５図に示すように単位セル間の電気的導通を得るため
に、締付具１０により所定圧で締付けられた後に、この
積層体の１つの対向する端面の一方に燃料供給口１１を
有したマニホルド１２と、他に燃料排出口１３を有した
マニホルド１４とが当てがわれ、また他の対向する端面
の一方に酸化剤供給口１５を有したマニホルド１６と、
他方に酸化剤排出口１７を有したマニホルド１８とが当
てがわれ、これらマニホルド１２．１４．１６．１８が
ボルト等で締付けられて気密保持され、これによって燃
料電池装置１９が構成されている。したがってこの燃料
電池装＠１９によると、燃料供給口１１から流体燃料を
供給すると、この燃料は各単位セルの流路４を分流して
多孔性のリブ付電極２の背面に接しながら流れ、その後
燃料排出口１３から排出される。また酸化剤供給口１５
から流体酸化剤を供給すると、この酸化剤は各単位セル
の流通路５を分流して多孔性のリブ付電極３の背面に浸
蝕しながら流れ、その後酸化剤排出口１７から排出され
ることになり、そのとき流体燃料と流体酸化剤とはそれ
ぞれ拡散によって多孔性のリブ付電極２，３内に供給さ
れ、燃料電池としての電気エネルギーを発生する。なお
、図では出力端子を省略している。

ところで、上述したような燃料電池においては、運転時
における単位セル部分の発熱による温度上昇のために、
触媒層の劣化、電解液の飛散の増大等による性能低下が
起こる。このため、通常では数個の単位セル毎に、第６
図に示すように冷却プレート３０を配設し、単位セル内
部の発熱を外部に取り出して、電池温度の過度の上昇を
防止するようにしている。

一方この種の冷却プレートとしては、単位セルの積層方
向に高い熱伝導性および電気伝導性を有し、また耐リン
酸性、耐熱性ならびに寸法安定性が要求される。このた
め一般には、熱硬化性の樹脂と黒鉛粒子を混合成形して
得られる黒鉛樹脂板や、黒鉛板に樹脂を含浸してガスの
不浸透化を図った不浸透黒鉛板に、機械加工して冷却管
を伝熱性の接着剤で埋め込み固定し、更に同じ部材の合
せ板を導電性の高い接着剤で貼り合せることにより冷却
プレートを形成している。（たとえば、特開昭５８−１
６６６６１　） しかしながら、このような従来使用されている冷却管理
造型の冷却プレートにおいては、第７図に示すように、
冷却管３１に冷却水を供給する冷却水母管３２はマニホ
ルド３３内に設けられている。このために電池内界囲気
による腐食防止を計るために、冷却水母管３２及び冷却
管３１に耐食チューブ又はコーテングが行われている。

また、冷却管３１については、マニホルド内に露出して
いる部分の他に、冷却管界面を通しての腐食性物質の浸
透による腐食防止のため実質的に冷却プレート内の冷却
管も耐食処理が行われている。

この耐食処理層のために、伝熱抵抗が増大し、冷却プレ
ートの熱効率の低下の原因となっていた。

以上のような観点から、冷却性能の優れた冷却プレート
の出現が望まれてきている。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記のような問題を解決するために成されたも
ので、その目的とするところは冷却プレートの伝熱性を
高くして冷却性能ならびに効率の向上を図ることが可能
な信頼性の高い燃料電池を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点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では、電解質層を挟
んで一対の電極を配置すると共に、一方の電極の背面に
燃料ガスをまた他方の電極の背面に酸化剤ガスを夫々流
通させて電気エネルギーを出力する単位セルを形成し、
上記燃料ガスと前記醸化剤ガスの混合を防止する°とと
もに上記単位セルを電気的に接続する機能を有するプレ
ートを介して上記単位セルを複数個積層し、かつ冷却プ
レートを上気所定個の単位セル毎に配設して成る燃料電
池において、上記冷却プレートとして、導電性接着剤を
用いて耐食処理をしていない冷却管を溝に全面に埋設し
、かつ冷却水の出入口がマニホルドの外部に取り出し可
能な位置に設置埋設してなる黒鉛を主体とする第１のプ
レートと、黒鉛を主体とする板からなる第２のプレート
とを導電接着剤により貼り合せて形成したものを用いる
ようにしたことを特徴とする。

（作　用） 発明の特徴とするところは、前述した冷却プレートを、
熱硬化性樹脂と黒鉛粒子を混合し成形して得られる黒鉛
樹脂板、または黒鉛と結着剤を混合、成形し高温処理し
た黒鉛板に樹脂を含浸することによりガスの不浸透化を
図った不浸透黒鉛板に、冷却管が実質的に電池雰囲気ガ
スに曝露しないように、冷却管全面埋め込み用の溝加工
をして、伝熱抵抗の大きい耐食処理層を有しない冷却管
を上記黒鉛板に内側全面に伝導性の高い接着剤で埋設し
、かつ上記冷却管の出入口は、実質的に電池雰囲気ガス
に曝露しないようにマニホルド外になる位置に埋設して
なる第１プレートの上に、黒鉛を主体とする板からなる
第２のプレートを導電性接着剤により貼り合せて形成す
ることにより、冷却プレートの伝熱抵抗を小さくするよ
うにした点におる。

（実施例） 以下、本発明を図面に示す具体的な一実施例に基づいて
説明する。

第１図は本発明による冷却プレートの構成例を斜視図に
て示したものである。第２図は、本発明による冷却プレ
ートの冷却管配置の１つの例を示した模式図である。図
において黒鉛粒子をピッチを結着剤として成形したもの
を２０００℃で黒鉛化処理し、その後減圧化で樹脂を含
浸した６００Ｘ　７００口の不浸透黒鉛板４１に冷却管
埋込用溝４２を形成する。次に、冷却管３１をカーボン
フェノール導電接着剤４３で埋設して第１のプレートを
形成する。

さらに、この第１のプレートの埋込み面４４の表面研磨
を行い、その上に６００ｍＸ　７００ｍ口の不浸透黒鉛
板４５を合せプレートつまり第２のプレートとして、カ
ーボンフェノール導電接着剤４３で貼り合せることによ
り冷却プレートを形成する。

次に、このようにして形成した冷却プレートの冷却効果
、すなわち、熱伝導性について検討した。

この場合、積層面方向面積を一定として、断熱された容
器に水を満し、その中に冷却プレートを浸漬し、一定温
度の温水を冷却管に流して水の温度上昇を測定した。第
３図のＡに本実施例の場合を示し、第３図のＢに従来の
場合を示している。図から明らかに、温度の上昇は従来
のものに比較して本実施例のものの方が高く、高い熱伝
導性を有していることがわかる。

ざらに、本実施例の冷却プレートを単位セル５セル毎に
１枚組込んで電池発電試験を行った結果、同一冷却条件
でセルの最高温度を３〜５°Ｃ低下させることが可能で
あることが示され、かがる冷却効果はより高温、高負荷
の運転条件で著しいことが示された。

かくして、本実施例の冷却プレートを組み込んだ燃料電
池によれば、従来と異なり冷却管及び冷却水母管が直接
燃料電池の腐食性雰囲気に曝露されないために、それら
の熱抵抗の増大の主因である腐食処理層を省略できるた
めに、冷却プレートとしての熱抵抗を低減でき、結果的
に伝熱性を高めて冷却性能を向上させ、高い一定した発
電効率を得ることができる。

尚、上記各実施例では導電性接着剤としてカーボンフェ
ノール接着剤を用いた場合について述べたが、かかる接
着剤は接着機能と導電機能を有するものであれば上記以
外の接着剤、例えばエポキシ系樹脂の接着樹脂からなる
ものであってもよいものである。

また、上記各実施例では第１のプレートとして不浸透黒
鉛板を用いたが、これに限らず前述したような黒鉛樹脂
板を用いるようにしてもよいものである。

その他、本発明はその要旨を変更しない範囲で、種々変
形して実施することができるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、冷却プレートの伝
熱性を高くして冷却性能ならびに効率の向上を図ること
が可能な極めて信頼性の高い燃料電池が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による冷却プレートを示す分
解斜視図、第２図は同実施例による冷却プレートの模式
図、第３図は同実施例による効果を説明するための特性
図、第４図は燃料電池の単位セルを示す分解斜視図、第
５図は同単位セルを３１・・・冷却管　　　　　　　４
１・・・不浸透黒鉛板４２・・・冷却管埋込溝　　　　
４３・・・導電接着剤４５・・・合せプレート 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 第１図 第２図 第３図 ； 第４図 第５図 第６図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電解質層を挟んで一対の電極を配置すると共に、
   一方の電極の背面に燃料ガスまた他方の電極の背面に酸
   化剤ガスを夫々流通させて電気エネルギーを出力する単
   位セルを形成し、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスの混合
   を防止するとともに前記単位セルを電気的に接続する機
   能を有するプレートを介して前記単位セルを複数個積層
   し、かつ冷却プレートを前記所定個の単位セル毎に配設
   して成る燃料電池において、前記冷却プレートは、溝を
   加工した黒鉛を主体とする板と前記溝に埋設した冷却管
   と、この冷却管と前記溝との間隙に充填する導電性接着
   剤とからなる第１プレートと、黒鉛を主体とする板から
   なる第２プレートとを、導電性接着剤により貼り合せて
   形成したことを特徴とする燃料電池。
2. （２）導電性接着剤は、カーボン又は銀のうちのいずれ
   か一種類又はこれらの混合物を充填剤とすることを特徴
   とする特許請求の範囲第（１）項記載の燃料電池。
3. （３）導電性接着剤は、フェノール系樹脂又はエポキシ
   系樹脂の接着樹脂からなることを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項記載の燃料電池。
4. （４）黒鉛を主体とする板は、黒鉛樹脂結着体、黒鉛板
   、樹脂含浸不浸透黒鉛のいずれかからなることを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項記載の燃料電池。