JPS63195967A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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Publication number
JPS63195967A
JPS63195967A JP62028651A JP2865187A JPS63195967A JP S63195967 A JPS63195967 A JP S63195967A JP 62028651 A JP62028651 A JP 62028651A JP 2865187 A JP2865187 A JP 2865187A JP S63195967 A JPS63195967 A JP S63195967A
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JP
Japan
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cooling water
gas
fuel gas
gas flow
path
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Application number
JP62028651A
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English (en)
Inventor
Katsunori Sakai
勝則 酒井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • 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
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    • H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
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    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • 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
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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、特にガスリターン側積層面の
マニホールドを省略し、このガスリターン側積層面に冷
却管の冷却水入口および出口配管部を位置させるように
構成した燃料電池に関するものである。
(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、電解質を含浸保持したマトリ
ックスを挟んで、片面に触媒層がそれぞれ形成された燃
料極(以下、アノード電極と称する)および酸化剤極(
以下、カソード電極と称する)からなる一対の多孔質電
極を配置すると共に、アノード電極の背面に水素ガス等
の燃料ガスを接触させ、またカソード電極の背面に空気
等の酸化剤ガスを接触させ、このときに起こる電気化学
的反応を利用して上記両電楊間から電気エネルギーを取
出すようにしたものであり、上記燃料ガスと酸化剤ガス
が供給されている限り、高い変換効率で電気エネルギー
を取出すことができるものである。
第3図は、この種の燃料電池における従来の単位セルの
構成を示す斜視図である。第3図において単位セルは、
電解質を含浸保持したマトリックス1に接する面に触媒
が塗布され、多孔質体で形成されたアノード電極2を上
側に配置し、上記マトリックス1に接する面に触媒が塗
布され、同じく多孔質体で形成されたカソード電極3を
下側に配置して構成される。このアノード電極2および
カソード電極3は、それぞれマトリックス1の反対側に
燃料ガスおよび酸化剤ガスが流通する燃料ガス流通路4
および酸化剤ガス流通路5が、互いに直交する方向に設
けられている。
さて、一般にリン酸を電解質とするリン酸型燃料電池に
おいては、燃料ガスは水素であり、酸化剤ガスは空気中
の酸素である。そして燃料電池は、単位セルより発生す
る電圧が1ボルト以下と低いため、通常は第4図に分解
斜視図を示すように、400〜500個の単位セル6を
耐熱性および耐リン酸性のセパレーター7を介して積層
しく以下、これを積層スタックと称する)、高電圧を得
るようにしている。また、上述の電気化学的反応は発熱
反応であることから、単位セル6の積層に際しては温度
上昇を防止するため、所定個数の単位セル6毎に冷却板
9を挿入設置し、燃料電池より発生す熱を外部へ取出す
ように構成している。ここで、冷却板9は通常圧縮成型
グラファイト樹脂組成物で作られており、第5図に平面
図を示すように内部に絶縁処理を施した直径3姻程度の
冷却管10が等間隔で複数本埋め込まれている。そして
、冷媒としては通常水が使用され、この水は冷却水入口
管11より導入されて、冷却水出口管12より排出され
る。
しかしながら、上述した燃料電池においては次のような
問題がある。すなわち、冷却管10の冷却水入口管11
および冷却水出口管12は、図示しないマニホールド内
の高温高圧リン酸雰囲気中に設置されているため、耐熱
、耐腐蝕性のコーテイング材が塗布されていても、長時
間にわたる燃料電池の運転においては腐蝕する恐れがあ
る。また、冷却管10の冷却水入口管11および冷却水
出口管12は、マニホールドを介して積層スタック外部
の図示しない冷却水供給管および冷却水排出管に接続さ
れるため、この接続部からマニホールド内供給ガスの外
部へのガスリークが生じる恐れがある。さらに、マニホ
ールド内の冷却管において、接続部の緩み、溶接部の破
損等によって冷却水の漏れが生じた場合には、マニホー
ルド内に冷却水が溜ってセル供給ガス流通路の目づまり
。
供給ガス配管の目づまり等の、運転不可能となる大きな
問題が生じる。
(発明が解決しようとする問題点) 以上のように従来の燃料電池では、冷却管の冷却水入口
および出口配管部が電解質(リン酸〉によって腐蝕した
り、また冷却管の接続部等から冷却水漏れが生じたり等
により、燃料電池の信頼性の低下、短命化および性能の
低下を招くという問題があった。
本発明は上述のような問題を解決するために成されたも
ので、その目的は冷却管の冷却水入口および出口配管部
の電解質による腐蝕を防止し、信頼性の向上、長寿命化
および高性能化を図ることが可能な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の燃料電池は、電解
質を保持したマトリックスを挟んで対向配置される一対
の多孔質電極に設けられた燃料ガスおよび酸化剤ガスの
各流通路に、燃料ガスおよび酸化剤ガスが流通している
条件下で電気エネルギーを出力する単位セルの少なくと
も一方の電極基板のガス流通側にガス流通路と平行に仕
切帯を設け、この仕切帯の一方側をガス流通路の往路と
すると共に他方側をガス流通路の復路とし、仕切帯のガ
ス流通路リターン側の一部を削除して。
電極基板上でガスがリターンするようにガス流通往路お
よび復路とほぼ直角にガスリターン通路を設け、さらに
以上の構成の単位セルを所定個数の単位セル毎に冷却板
を挿入設置して複数個積層し、かつ冷却板に埋め込まれ
た冷却管の冷却水入口および出口配管部をガスリターン
側積層面に位置させるようにしたことを特徴とする。
(作用) 上述の燃料電池においては、単位セルの少なくとも一方
の多孔質電極内にガスリターン通路を設けていることに
より、電極上でガスがリターンしてマニホールドの一つ
または二つを省略することができる。また、このマニホ
ールドが省略された部分のガスリターン側積層面に冷却
管の冷却水入口および出口配管部を位置させていること
により、これらの配管部の電解質による腐蝕が防止でき
、さらに冷却水配管接続部等から万一冷却水の漏れが生
じたような場合でもセルにほとんど影響を与えず、燃料
電池の信頼性を高め、長寿命化および高性能化を図るこ
とができる。さらにまた、上記配管部がマニホールド外
に位置していることにより、積層スタック積層作業時の
配管作業が容易となる。
(実施例) 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。
第1図(a)および(b)は本発明による燃料電池の構
成例を夫々示し、第1図(a)はアノード電極の詳細を
示す平面図、第1図(b)は積層スタックの積層面を示
す拡大図である。なお、第1因(a)、(b)において
第3図乃至第5図と同一部分には同一符号を付して示し
ている。
まず第1図(a)において、前述した単位セルを構成す
るアノード電極2基板上のガス流通側中央部付近に、燃
料ガス流通路と平行に仕切帯13を設け、この仕切帯1
3の一方側を燃料ガス流通路の往路14とすると共に他
方側を燃料ガス流通路の復路15とする。そして、仕切
帯13の燃料ガス流通路リターン側の一部を削除し、か
つアノード電極2基板上で燃料ガスがリターンするよう
に、燃料ガス流通往路14および燃料ガス流通復路15
とほぼ直角に燃料ガスリターン通路16を設ける。また
、以上のように構成した単位セル6を、第1図(1))
に示すようにセパレーター7を介し、かつ所定個数の単
位セル毎に冷却板9を挿入設置して多数個積層し、さら
にこの燃料ガスリターン側積層面に、冷却板9に埋め込
まれた冷却管10の冷却水入口管11および冷却水出口
管12を位置させるように構成する。
なお、第1図(a)において、17は燃料ガス入口マニ
ホールド、18は燃料ガス出口マニホールド、19はエ
ツジシール部を示すものである。
また、カソード電極3側の構成は前述と全く同様である
ので、ここではその図示説明を省略する。
以上のように構成した燃料電池において、運転時に供給
される燃料ガスは燃料ガス入口マニホールド17.燃料
ガス流通往路14を介して燃料ガスリターン通路16で
リターンし、燃料ガス流通復路15.燃料ガス出口マニ
ホールド18を介して排出される。また運転状態時には
、積層スタック周辺の窒素圧力と供給燃料ガスおよび空
気圧力が同一となるように制御されるため、エツジシー
ル部19において気密が十分に保たれる。一方、燃料ガ
スリターン側積層面に位置する冷却管10の冷却水入口
管11および冷却水出口管12は、図示しない圧力容器
内の窒素雰囲気中に位置することにより、リン酸による
腐蝕を受けない。また、冷却管の接続部等で冷却水の漏
れが生じた場合でも、冷却水は圧力容器に溜るだけでセ
ル自身にはほとんど影響を与えない。
すなわち、本実、施例の燃料電池においては、次のよう
な作用効果が得られるものである。まず、単位セルのア
ノード電極2内に燃料ガスリターン通路16を形成して
いるので、アノード電極2上で燃料ガスがリターンする
ことにより、積層スタックの西側面に従来配設されてい
たマニホールドの一つを省略することができ、安価とな
る。また、このマニホールドが省略された部分の燃料ガ
スリターン側積層面に、冷却板9に埋め込まれた冷却管
10の冷却水入口管11および冷却水出口管12を位置
させるようにしているので、これらの配管部がマニホー
ルド外に位置することにより、電解質であるリン酸によ
る腐蝕を防止することができ、さらに冷却水配管接続部
等から万一冷却水の漏れが生じたような場合でもセルに
ほとんど影響を与えないため、燃料電池の信頼性を高め
、長寿命化および高性能化を図ることができる。さらに
、冷却管10の冷却水入口管11および冷却水出口管1
2がマニホールド外に位置しているため、積層スタック
積層作業時の配管作業を極めて容易に行なうことが可能
となる。
尚、本発明は上述した各実施例に限定されるものではな
く、次のようにしても同様に実施することができるもの
である。
上記実施例では、アノード電橋2側にのみ仕切帯を設け
たが、これに限らずカソード電極3側にも仕切帯を設け
るようにしてもよい。すなわち第2図に平面図を示すよ
うに、カソード電極3側についてもアノード電極2側と
同様に仕切帯2oを設け、運転時に供給される酸化剤ガ
スを酸化剤ガス人口マニホールド21.酸化剤ガス流通
往路22を介して酸化剤ガスリターン通路23でリター
ンし、酸化剤ガス流通復路24.酸化剤ガス出口マニホ
ールド25を介して排出するように構成してもよい。
以上のように構成した単位セルを多数個積層した場合に
は、燃料ガス側の一方のマニホールドのみでなく酸化剤
ガス側の一方のマニホールドの合計2個のマニホールド
を省略できるので、冷却管U字部26もマニホールド外
へ位置させることができる。この結果、冷却管10.冷
却水入口管11、冷却水出口管12に加えて、冷却管U
字部26も圧力容器内の窒素雰囲気中に位置することに
なり、リン酸による腐蝕を受けず、燃料電池の信頼性を
より一層高めることが可能となる。
また上記実施例において、アノード電極2側はそのまま
とし、カソード電極3側にのみ仕切帯を設けるようにし
てもよい。
その他、本発明はその要旨を変更しない範囲で、種々に
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、冷却管の冷却水入
口および出口配管部の電解質による腐蝕を防止し、信頼
性の向上、長寿命化および高性能化を図り、しかも単位
セル積層組立て時の配管営業が容易な燃料電池が提供で
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a>および(1))は本発明の一実施例を夫々
示すもので、第1図(a)はアノード電極の詳細を示す
平面図、第1図(b)は積層スタックの積層面を示す拡
大図、第2図は本発明の他の実施例を示す平面図、第3
図は従来の燃料電池における単位セルの構成を示す斜視
図、第4図は従来の燃料電池における積層スタック外面
を示す斜視図、第5図は第4図における冷却板を示す平
面図である。 1・・・マトリックス、2・・・アノード電極、3・・
・カソード電極、4・・・燃料ガス流通路、5・・・酸
化剤ガス流通路、6・・・単位セル、7・・・セパレー
ター、9・・・冷却板、10・・・冷却管、11・・・
冷却水入口管、12・・・冷却水出口管、13.20・
・・仕切帯、14・・・燃料ガス流通往路、15・・・
燃料ガス流通復路、16・・・燃料ガスリターン通路、
17・・・燃料ガス入口マニホールド、18・・・燃料
ガス出口マニホールド、19・・・エツジシール部、2
1・・・酸化剤ガス入口マニホールド、22・・・酸化
剤ガス流通往路、23・・・酸化剤ガスリターン通路、
24・・・酸化5剤ガス流通復路、25・・・酸化剤ガ
ス出口マニホールド、26・・・冷却管U字部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 電解質を保持したマトリックスを挟んで対向配置される
    一対の多孔質電極に設けられた燃料ガスおよび酸化剤ガ
    スの各流通路に、燃料ガスおよび酸化剤ガスが流通して
    いる条件下で電気エネルギーを出力する単位セルの少な
    くとも一方の電極基板のガス流通側にガス流通路と平行
    に仕切帯を設け、この仕切帯の一方側をガス流通路の往
    路とすると共に他方側をガス流通路の復路とし、前記仕
    切帯のガス流通路リターン側の一部を削除して、電極基
    板上でガスがリターンするように前記ガス流通往路およ
    び復路とほぼ直角にガスリターン通路を設け、さらに以
    上の構成の単位セルを所定個数の単位セル毎に冷却板を
    挿入設置して複数個積層し、かつ前記冷却板に埋め込ま
    れた冷却管の冷却水入口および出口配管部をガスリター
    ン側積層面に位置させるようにしたことを特徴とする燃
    料電池。
JP62028651A 1987-02-10 1987-02-10 燃料電池 Pending JPS63195967A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000294261A (ja) * 1999-04-09 2000-10-20 Honda Motor Co Ltd 燃料電池スタック
EP0940868A3 (en) * 1998-03-02 2001-10-17 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell stack
DE102010011206A1 (de) * 2010-03-09 2011-09-15 Kai Klinder Brennstoffzellenstapel und Verfahren zu seiner Herstellung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0940868A3 (en) * 1998-03-02 2001-10-17 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell stack
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