JPH0222934Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、燃料電池のガス流通装置に関する
ものであり、とりわけ、電解質マトリクスを挾む
１対の電極と、一方の電極の背面に沿つて酸化剤
ガスを、他方の電極の背面に沿つて燃料ガスを流
通させるガス流路と、このガス流路の前後にガス
供給、排出のためのマニホールドを設けてなる燃
料電池のガス流通装置に関するものである。[Detailed description of the invention] This invention relates to a gas distribution device for a fuel cell, and in particular includes a pair of electrodes sandwiching an electrolyte matrix, and an oxidizing gas flowing along the back surface of one electrode. The present invention relates to a gas distribution device for a fuel cell, which includes a gas flow path through which fuel gas flows along the back surface of an electrode, and manifolds for supplying and discharging gas before and after the gas flow path.

従来の燃料電池の単位電池は、通常、第１図に
示すように構成されていた。図において電解液を
含浸した電解質マトリクス１を電極２ａ，２ｂで
挾み、この電極２ａ，２ｂの背面に、酸化剤ガス
および燃料ガスをそれぞれ流通させるための流路
３を設けたセパレータ板４でなるものである。こ
の単位電池は複数段積層され、上記ガスの流路３
の前後に、ガス供給、排出のためのマニホールド
を設けて燃料電池を構成していた。かような構成
により、燃料電池に供給される酸化剤ガスおよび
燃料ガスはセパレータ板４に設けられた流路３を
流通する。このとき、酸化剤ガスおよび燃料ガス
の一部はそれぞれ電極２ａ，２ｂの背面を通過
し、電解質マトリクス１の部分で化学反応を起こ
し、電極２ａ，２ｂから電気エネルギが取り出さ
れる。反応ガス以外のガスおよび末反応ガスは流
路３の出口からマニホールドを経由して排出され
る。 A unit cell of a conventional fuel cell has usually been constructed as shown in FIG. In the figure, an electrolyte matrix 1 impregnated with an electrolytic solution is sandwiched between electrodes 2a and 2b, and a separator plate 4 is provided on the back side of the electrodes 2a and 2b with channels 3 for flowing oxidant gas and fuel gas, respectively. It is what it is. This unit battery is stacked in multiple stages, and the gas flow path 3
A fuel cell was constructed by installing manifolds for gas supply and exhaust before and after the fuel cell. With this configuration, the oxidant gas and fuel gas supplied to the fuel cell flow through the flow path 3 provided in the separator plate 4. At this time, a portion of the oxidant gas and the fuel gas pass through the back surfaces of the electrodes 2a and 2b, causing a chemical reaction in the electrolyte matrix 1, and electrical energy is extracted from the electrodes 2a and 2b. Gases other than the reaction gas and the end reaction gas are discharged from the outlet of the flow path 3 via the manifold.

しかし、従来のこの種の燃料電池においては、
第２図に示すように、反応ガス５は入口マニホー
ルド６から供給され、セパレータ板４に複数等間
隔に設けられた流路３の中を通過して出口マニホ
ールド７に至るのであるが、流路３を通過する際
にガスは勢記の化学反応によう流路３の上流側か
ら徐々に消費されるので、ガス流路に沿つて反応
ガス圧力が低下するとともに、ガス流速がガス流
路に沿つて低下するため、電極の反応面全体にわ
たつて均一な発電反応が行なわれるという欠点が
あつた。 However, in conventional fuel cells of this type,
As shown in FIG. 2, the reaction gas 5 is supplied from an inlet manifold 6, passes through a plurality of channels 3 provided at equal intervals in the separator plate 4, and reaches an outlet manifold 7. As the gas passes through the gas flow path 3, it is gradually consumed from the upstream side of the flow path 3 due to a chemical reaction, so the reaction gas pressure decreases along the gas flow path, and the gas flow rate increases along the gas flow path. This has the drawback that the power generation reaction is uniform over the entire reaction surface of the electrode.

かかる欠点を解消するものとして、出口側に行
ほど流路断面積を小さくしたガス流路を備えた燃
料電池が、特開昭57−208077号公報に開示されて
いるが、流路断面積の調整では均一な発電反応を
得るのに十分ではないという問題があつた。 To overcome this drawback, Japanese Patent Laid-Open No. 57-208077 discloses a fuel cell equipped with a gas flow passage whose cross-sectional area becomes smaller toward the outlet side. There was a problem that the adjustment was not sufficient to obtain a uniform power generation response.

この考案は。上記のような従来のものの欠点を
除去するためにあされたもので、反応ガス流路の
数をガスお流れ方向に沿つて定められた割合で減
少させることにより、ガス流路にわたつて均一な
ガス圧力およびガス流速を確保するようにしたも
ので、反応面全体にわたり均一な発電反応を行な
うことができる燃料電池のガス流通装置を提供す
ることを目的とするものである。 This idea is. This was developed in order to eliminate the drawbacks of the conventional method as described above, and by reducing the number of reaction gas flow paths at a fixed rate along the gas flow direction, it can be made uniform across the gas flow path. The object of the present invention is to provide a gas flow device for a fuel cell that can ensure a uniform gas pressure and gas flow rate, and can perform a uniform power generation reaction over the entire reaction surface.

以下、この考案の一実施例を図面について説明
する。第３図においてセパレータ板４に、主流路
３ａと複数個の主流路３ａを連通させる副流路３
ｂを主流路３ａと直角方向に設ける。反応ガス５
は、それぞれガス入口マニホールド６ａ，６ｂか
ら流入しガス出口マニホールド７ａ，７ｂから流
出する。 An embodiment of this invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 3, a sub-channel 3 that communicates a main channel 3a with a plurality of main channels 3a is provided in a separator plate 4.
b is provided in a direction perpendicular to the main flow path 3a. Reaction gas 5
flows in from gas inlet manifolds 6a, 6b and flows out from gas outlet manifolds 7a, 7b, respectively.

セパレータ板４に設けられた主流路３ａの数は
ガスの流れ方向に沿つて次第に減少するように、
副流路３ｂによつて順次下流へ合流するように構
成されており、このような２つの同一の流路パタ
ーン１３ａ，１３ｂを互いに逆向きに同一平面上
に形成してなるものである。 The number of main channels 3a provided in the separator plate 4 is arranged such that the number gradually decreases along the gas flow direction.
They are configured to sequentially merge downstream via the sub-flow path 3b, and are formed by forming two identical flow path patterns 13a and 13b in opposite directions on the same plane.

次に作用、効果について説明する。第３図に示
すように反応ガス５はガス入口マニホールド６
ａ，６ｂよりセパレータ板４の主流路３ａ、副流
路３ｂにそれぞれ供給される。反応ガスはこれら
の流路３ａ，３ｂを通過するうちに、電極および
電解質マトリクス（図示せず）を介して酸化剤ガ
スと燃料ガスとが化学反応を起こし、これにより
電極部から電気出力が取出される。そうして化学
反応に消費されるガスの量だけ流路３ａ，３ｂを
流れるガス量は順次減少する。ところで、主流路
３ａの数はガスの流れ方向に沿つて、上記ガス量
の変化に応じて一定の割合で減少するように構成
されているので、ガスの圧力および流速を変化さ
せることなく、反応後のガスはガス出口マニホー
ルド７ａ，７ｂよりそれぞれ排出される。また、
このような２つの流路パターン１３ａ，１３ｂを
互いに逆向きに同一面内に形成しているので、反
応ガス５の流路入口部分の流路断面積は第２図に
示す単なる複数等間隔流路の場合に比べて大きく
することができ、この分だけ流路入口部分の流速
を下げることができ、ガスの圧力損失を低減でき
る。したがつて、反応面内のガス圧の変化量を少
なくでき、反応ガス間の差圧を均一化することが
できる。 Next, the action and effect will be explained. As shown in FIG.
It is supplied to the main flow path 3a and the sub flow path 3b of the separator plate 4 from a and 6b, respectively. While the reactant gas passes through these channels 3a and 3b, a chemical reaction occurs between the oxidant gas and the fuel gas through the electrodes and the electrolyte matrix (not shown), and as a result, electrical output is extracted from the electrode section. be done. In this way, the amount of gas flowing through the channels 3a and 3b is sequentially reduced by the amount of gas consumed in the chemical reaction. Incidentally, since the number of main channels 3a is configured to decrease at a constant rate along the gas flow direction according to the change in the gas amount, the reaction can be carried out without changing the gas pressure and flow rate. The latter gases are discharged from gas outlet manifolds 7a and 7b, respectively. Also,
Since these two flow path patterns 13a and 13b are formed in opposite directions in the same plane, the cross-sectional area of the flow path inlet portion of the reaction gas 5 is reduced to a simple plurality of equally spaced flows as shown in FIG. It can be made larger than in the case of a channel, and the flow velocity at the inlet portion of the channel can be reduced by that amount, thereby reducing gas pressure loss. Therefore, the amount of change in gas pressure within the reaction surface can be reduced, and the differential pressure between the reaction gases can be made uniform.

なお上記実施例では、ガスの流路を主流路３ａ
と副流路３ｂが直交するものについて示したが、
第４図に示すように主流路３ａに対して副流路３
ｂを斜交させ、主流路３ａが流れ方向に沿つて斜
め方向に分岐して減少する構成としてもよく、上
記実施例と同様の効果を奏する。また、上記実施
例ではセパレータ板４にガス流路を設けたものに
ついて示したが、ここのガス流路は電極２ａ，２
ｂ自体の電解質マトリクス１に接していない背面
に形成してもよい。この場合セパレータ板４に流
路は不要となり、単なる平板セパレータ板で足り
る。 In the above embodiment, the gas flow path is the main flow path 3a.
Although the sub-channel 3b is orthogonal to the sub-channel 3b,
As shown in FIG. 4, the auxiliary flow path 3 is
b may be obliquely intersecting, and the main flow path 3a may be configured to branch diagonally and decrease along the flow direction, and the same effect as in the above embodiment can be achieved. Further, in the above embodiment, the separator plate 4 is provided with a gas flow path, but the gas flow path here is
It may be formed on the back surface of b itself that is not in contact with the electrolyte matrix 1. In this case, there is no need for a flow path in the separator plate 4, and a simple flat separator plate is sufficient.

以上のように、この考案によれば、反応ガスの
流路の数がガスの流れ方向に沿つて定められた割
合で減少する流路パターンを同一面内で互いに逆
向きに配置したので、反応ガスの圧力、流速およ
び反応ガス間の差圧が反応面全体にわたり均一に
なり、発電効率の高い燃料電池が得られる効果が
ある。 As described above, according to this invention, the flow path patterns in which the number of reaction gas flow paths decreases at a predetermined rate along the gas flow direction are arranged in opposite directions within the same plane. The pressure and flow rate of the gas and the differential pressure between the reactant gases are made uniform over the entire reaction surface, which has the effect of providing a fuel cell with high power generation efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は従来の燃料電池の単位電池を示す分解
斜視図、第２図はそのガス流路を示す平面略図、
第３図はこの考案の一実施例の要部平面略図、第
４図はこの考案の他の実施例の要部平面略図であ
る。 １……電解質マトリクス、２ａ，２ｂ……電
極、３ａ……主流路、３ｂ……副流路、４……セ
パレータ板、５……反応ガス、６ａ，６ｂ……ガ
ス入口マニホールド、７ａ，７ｂ……ガス出口マ
ニホールド、１３ａ，１３ｂ……流路パターン。
なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示
す。 Fig. 1 is an exploded perspective view showing a unit cell of a conventional fuel cell, Fig. 2 is a schematic plan view showing its gas flow path,
FIG. 3 is a schematic plan view of a main part of one embodiment of this invention, and FIG. 4 is a schematic plan view of a main part of another embodiment of this invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Electrolyte matrix, 2a, 2b... Electrode, 3a... Main channel, 3b... Sub-channel, 4... Separator plate, 5... Reaction gas, 6a, 6b... Gas inlet manifold, 7a, 7b ...Gas outlet manifold, 13a, 13b...Flow path pattern.
In each figure, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 電解質マトリクスを挟む１対の電極を、セパ
レータ板を介挿して複数段積層し、前記電極と
前記セパレータ板の接触面に沿つて酸化剤ガス
および燃料ガスの複数の流路を形成し、この流
路の前後に前記酸化剤ガスおよび前後燃料ガス
を供給、排出するためのガス入口マニホールド
およびガス出口マニホールドを配設してなる燃
料電池のガス流通装置において、ガスの流れ方
向の主流路とこの主流路に交差して前記主流路
の数をガスの流れ方向に沿つて一定の割合で減
少させる副流路からなる互いに同一の２つの流
路パターンが互いに逆向きに同一面内に形成さ
れてなることを特徴とする燃料電池のガス流通
装置。 (2) 流路パターンをセパレータ板に形成した実用
新案登録請求の範囲第１項記載の燃料電池のガ
ス流通装置。 (3) 流路パターンを電極に形成した実用新案登録
請求の範囲第１項記載の燃料電池のガス流通装
置。 (4) 主流路に直交する副流路を備えた実用新案登
録請求の範囲第１項記載の燃料電池のガス流通
装置。 (5) 主流路に斜交する副流路を備えた実用新案登
録請求の範囲第１項記載の燃料電池のガス流通
装置。[Claims for Utility Model Registration] (1) A pair of electrodes sandwiching an electrolyte matrix are stacked in multiple stages with separator plates interposed, and oxidizing gas and fuel gas are distributed along the contact surface between the electrodes and the separator plate. In a gas distribution device for a fuel cell, the gas distribution device includes a gas inlet manifold and a gas outlet manifold for supplying and discharging the oxidizing gas and the fuel gas before and after the flow paths. , two mutually identical flow path patterns each consisting of a main flow path in the gas flow direction and a sub flow path that intersects this main flow path and reduces the number of the main flow paths at a constant rate along the gas flow direction. A gas distribution device for a fuel cell characterized by being formed in opposite directions in the same plane. (2) A gas distribution device for a fuel cell according to claim 1, wherein a flow path pattern is formed on a separator plate. (3) A gas distribution device for a fuel cell according to claim 1, wherein a flow path pattern is formed on an electrode. (4) A gas distribution device for a fuel cell according to claim 1, which is provided with a sub-flow path orthogonal to the main flow path. (5) A gas distribution device for a fuel cell according to claim 1, which is provided with a sub-flow path obliquely intersecting the main flow path.