JPH1064562A - 固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents

固体高分子電解質型燃料電池

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JPH1064562A
JPH1064562A JP8213358A JP21335896A JPH1064562A JP H1064562 A JPH1064562 A JP H1064562A JP 8213358 A JP8213358 A JP 8213358A JP 21335896 A JP21335896 A JP 21335896A JP H1064562 A JPH1064562 A JP H1064562A
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JP
Japan
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gas
cooling water
flow groove
separator
fuel cell
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Pending
Application number
JP8213358A
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English (en)
Inventor
Takahiro Nakanori
孝博 中野利
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】電極の外面に配したセパレータのガス通流溝の
入口部における反応ガス中の水分の凝縮、結露を防ぎ、
安定した電池特性を備えるものとする。 【解決手段】電極側の面にガス通流溝6を備え、相対す
る面に冷却水通流溝7を備えたセパレータ5Aを用いて
単電池を構成し、反応ガスをガス入口11よりガス入口
側マニホールド12へと導入し、複数のガス通流溝6を
通流させたのち、ガス出口側マニホールド13を経てガ
ス出口14より排出するものにおいて、セパレータ5A
の冷却水通流溝7を備えた面の、ガス入口側マニホール
ド12に相対する側端部に加熱水通流溝25を設けて、
冷却水通流溝7で反応熱を吸収して加熱された冷却水
を、連通管23を介して通流し、ガス入口側マニホール
ド12の温度を高くする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子膜を電
解質層として用いる固体高分子電解質型燃料電池に係わ
り、特にセパレータに備えられる冷却水通路の構成に関
する。
【0002】
【従来の技術】図4は、従来の固体高分子電解質型燃料
電池の単電池の基本構成を模式的に示す断面図である。
固体高分子膜1の両面に、触媒層2を電極基材3に担持
してなる電極4を密着して配し、さらにその両外面に配
したガス不透過性材料よりなる一組のセパレータ5で挟
持し、ガスケット8により気密に保持されている。各セ
パレータ5には、電極4に相対する面にガス通流溝6
が、また背面側に冷却水通流溝7が備えられている。冷
却水通流溝7に冷却水を通流して所定温度に保持し、一
方のセパレータ5のガス通流溝6に燃料ガスを、また他
方のセパレータ5のガス通流溝6に酸化剤ガスを通流さ
せることによって、電気化学反応を生じさせ発電する。
【0003】図5は、セパレータに形成されたガス通流
溝の代表例を示す平面図である。燃料ガスあるいは酸化
剤ガスは、ガス入口11よりガス入口側マニホールド1
2へと導かれたのち、複数の平行に配されたガス通流溝
6を通流して電気化学反応に寄与し、残余のガスはガス
出口側マニホールド13へ送られ、ガス出口14より外
部へ排出されるよう構成されている。
【0004】図6は、セパレータに形成された冷却水通
流溝の代表例を示す模式図で、(a)は冷却水通流溝側
より見た平面図、(b)は(a)のX−X面における断
面図である。冷却水は、冷却水入口21より導入され、
ガス通流溝6のガス通流方向と直交する方向に配された
冷却水通流溝7を直列に通流し、冷却水出口22より外
部へ排出される。冷却水は、冷却水通流溝7において電
気化学反応に伴う反応熱を吸収し、単電池の温度上昇を
抑えて所定温度に保持し、吸収した反応熱により温度上
昇して排出される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、固体高分子
電解質型燃料電池に用いられる固体高分子膜1は、分子
中にプロトン(水素イオン)交換基を備えており、飽和
に含水させることにより比抵抗が小さくなり、プロトン
導電性電解質として機能する。したがって、発電効率を
維持するためには、固体高分子膜1の含水状態を飽和に
維持することが必要である。このため、固体高分子電解
質型燃料電池では、反応ガスに水分を含ませて湿度を高
めて供給し、膜からの水の蒸発を抑えて膜の乾燥を防止
する方法が採られている。
【0006】これに対して、上記の図4〜図6のごとき
従来の固体高分子電解質型燃料電池の単電池の構成にお
いては、ガス入口11より導入した燃料ガスあるいは酸
化剤ガスは、ガス入口側マニホールド12を経て、電極
に面して配されたガス通流溝6を通流するとき初めて電
気化学反応を生じることとなる。したがって、ガス入口
側マニホールド12においては、電気化学反応を生じな
いで発熱がなく、またガス入口側マニホールド12はセ
パレータ5の側端部に位置し端部からの放熱が大きいの
で、他の領域に比べて相対的に温度が低くなる。
【0007】したがって、水分を含ませて湿度を高めた
燃料ガスあるいは酸化剤ガスをガス入口11より導入す
ると、相対的に温度の低いガス入口側マニホールド12
において冷却され、ガス中の水分が凝縮して結露し、ガ
ス通流溝6を閉塞して電池特性を低下させる恐れがあ
る。本発明の目的は、上記のごときガス入口側マニホー
ルドでのガス中の水分の凝縮、結露の危険性を排除し、
安定した電池特性を備える固体高分子電解質型燃料電池
を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、固体高分子膜を一組の電極で
挟持し、その外面に、電極に面してガス通流溝を備え、
相対する面に冷却水通流溝を備えた一組のガス不透過性
材料よりなるセパレータを配して形成される単電池を複
数積層し、冷却水通流溝に冷却水を通流して所定温度に
保持し、一方のセパレータのガス通流溝に燃料ガスを、
他方のセパレータのガス通流溝に酸化剤ガスを通流して
発電する固体高分子電解質型燃料電池において、 (1)セパレータの冷却水通流溝を備えた面のガス通流
溝の入口側に相対する側端部に、冷却水通流溝を通流し
て加熱された冷却水を通流する加熱水通流溝を備えるこ
ととする。
【0009】(2)あるいは、セパレータの冷却水通流
溝を、相対する面に設けられたガス通流溝の出口側に偏
して配することとする。上記の(1)のごとくに構成す
れば、冷却水通流溝を通流し電気化学反応による反応熱
を吸収して温度上昇した冷却水が加熱水通流溝を通流す
ることにより、セパレータが加熱され、加熱水通流溝の
背面に位置するガス通流溝の入口側のガス入口側マニホ
ールドの温度が上昇する。したがって、従来の構成にお
いて生じていたガス入口側マニホールドにおける燃料ガ
スあるいは酸化剤ガスの冷却による温度低下が防止され
るので、ガス中の水分の凝縮、結露による電池特性の低
下が回避されることとなる。
【0010】また、上記の(2)のごとく、冷却水通流
溝をガス通流溝の出口側に偏して配するに構成すれば、
電気化学反応に伴う発熱はガス通流溝の全域にわたり生
じるのに対して、ガス通流溝の出口側の冷却性能が向上
し、入口側の冷却性能が低下するので、入口側の温度が
相対的に上昇することとなる。したがって、本構成を用
いても、ガス入口側マニホールドにおけるガスの冷却が
防止され、水分の凝縮、結露による電池特性の低下が回
避される。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の固体高分子電解
質型燃料電池の第1の実施例におけるセパレータの構成
を示す模式図で、(a)は冷却水通流溝側より見た平面
図、(b)は(a)のX−X面における断面図である。
本構成のセパレータ5Aに形成された反応ガスの通路お
よび冷却水の通路は従来例と同様に構成されており、ガ
ス入口11より導入された反応ガスは、ガス入口側マニ
ホールド12へと導かれ、複数の平行に配されたガス通
流溝6を通流させて電気化学反応に供したのち、ガス出
口側マニホールド13を経てガス出口14より外部へと
排出される。また、冷却水は、冷却水入口21より導入
され、冷却水通流溝7を通流させ電気化学反応に伴う発
熱を吸収させたのち冷却水出口22より排出される。
【0012】本構成の特徴は、冷却水通流溝7を形成し
た面の、ガス入口側マニホールド12に相対する位置の
近傍の側端部に、加熱水通流溝25が備えられている点
にある。加熱水通流溝25の加熱水入口24は、セパレ
ータ5Aの外側の空間に配した連通管23を介して冷却
水出口22に連結されており、冷却水通流溝7を通流し
て反応熱を吸収し、加熱されて温度の上昇した冷却水
が、連通管23を通って加熱水入口24より加熱水通流
溝25へと導かれ、加熱水出口24より外部へと排出さ
れるよう構成されている。
【0013】したがって、本構成においては、温度の上
昇した冷却水が加熱水通流溝25を通流することによっ
てセパレータ5Aが加熱され、背面に位置するガス入口
側マニホールド12の部分の温度も高くなるので、従来
例のように反応ガスがガス入口側マニホールド12で冷
却されてガス中の水分が凝縮、結露する危険性が回避さ
れる。
【0014】図2は、本発明の固体高分子電解質型燃料
電池の第2の実施例におけるセパレータの構成を示す模
式図で、(a)は冷却水通流溝側より見た平面図、
(b)は(a)のX−X面における断面図である。本構
成のセパレータ5Bも、従来と同様の反応ガスの通路お
よび冷却水の通路を備え、かつ第1の実施例と同様に、
冷却水通流溝7を形成した面の、ガス入口側マニホール
ド12に相対する位置の近傍の側端部に、加熱水通流溝
25を備えたものであり、第1の実施例との差異は、第
1の実施例のセパレータ5Aの外側の空間に配した連通
管23に代わって、冷却水通流溝7を形成した面の側端
部に連通溝27を形成し、冷却水通流溝7の出口側と加
熱水通流溝25の入口側を連結した点にある。
【0015】したがって、本構成においても、第1の実
施例と同様に、ガス入口側マニホールド12の温度が高
くなるので、反応ガス中の水分がこの部分で凝縮、結露
する危険性が回避される。図3は、本発明の固体高分子
電解質型燃料電池の第3の実施例におけるセパレータの
構成を示す模式図で、(a)は冷却水通流溝側より見た
平面図、(b)は(a)のX−X面における断面図であ
る。
【0016】本構成のセパレータ5Cの特徴は、反応ガ
スの通路が従来と同様に配されているのに対して、冷却
水の通路の冷却水通流溝7が、ガス通流溝6の出口側に
偏した位置に配されていることにある。すなわち、ガス
入口側マニホールド12と直近の冷却水通流溝7との面
内距離d1 が、ガス出口側マニホールド13と直近の冷
却水通流溝7との面内距離d2 に比べて大きくなるよう
に冷却水通流溝7を配置し形成している。したがって、
本構成においては、ガス入口側の冷却性能がガス出口側
に比べて低下するので、ガス入口側の温度が相対的に高
くなり、ガス入口側マニホールド12に導かれた反応ガ
スが冷却されて水分が凝縮、結露する危険性が回避され
ることとなる。
【0017】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、固体高
分子膜を一組の電極で挟持し、その外面に、電極に面し
てガス通流溝を備え、相対する面に冷却水通流溝を備え
た一組のガス不透過性材料よりなるセパレータを配して
形成される単電池を複数積層して用いる固体高分子電解
質型燃料電池において、 (1)セパレータの冷却水通流溝を備えた面のガス通流
溝の入口側に相対する側端部に、冷却水通流溝を通流し
て加熱された冷却水を通流する加熱水通流溝を備えるこ
ととしたので、セパレータのガス入口側でのガス中の水
分の凝縮、結露の危険性がなく、安定した電池特性を備
える固体高分子電解質型燃料電池が得られることとなっ
た。
【0018】(2)また、セパレータの冷却水通流溝
を、相対する面に設けられたガス通流溝の出口側に偏し
て配することしても、同様にセパレータのガス入口側で
のガス中の水分の凝縮、結露が生じる恐れがなく、安定
した電池特性を備える固体高分子電解質型燃料電池とし
て好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体高分子電解質型燃料電池の第1の
実施例におけるセパレータの構成を示す模式図
【図2】本発明の固体高分子電解質型燃料電池の第2の
実施例におけるセパレータの構成を示す模式図
【図3】本発明の固体高分子電解質型燃料電池の第3の
実施例におけるセパレータの構成を示す模式図
【図4】従来の固体高分子電解質型燃料電池の単電池の
基本構成を示す断面図
【図5】固体高分子電解質型燃料電池のセパレータのガ
ス通流溝の構成を示す平面図
【図6】従来の固体高分子電解質型燃料電池のセパレー
タの冷却水通流溝の構成を示す模式図
【符号の説明】
1 固体高分子膜 4 電極 5 セパレータ 5A,5B,5C セパレータ 6 ガス通流溝 7 冷却水通流溝 11 ガス入口 12 ガス入口側マニホールド 13 ガス出口側マニホールド 14 ガス出口 21 冷却水入口 22 冷却水出口 23 連通管 24 加熱水入口 25 加熱水通流溝 26 加熱水出口 27 連通溝

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固体高分子膜を一組の電極で挟持し、その
    外面に、電極に面してガス通流溝を備え、相対する面に
    冷却水通流溝を備えた一組のガス不透過性材料よりなる
    セパレータを配して形成される単電池を複数積層し、冷
    却水通流溝に冷却水を通流して所定温度に保持し、一方
    のセパレータのガス通流溝に燃料ガスを、他方のセパレ
    ータのガス通流溝に酸化剤ガスを通流して発電する固体
    高分子電解質型燃料電池において、 セパレータの冷却水通流溝を備えた面のガス通流溝の入
    口側に相対する側端部に、冷却水通流溝を通流して加熱
    された冷却水を通流する加熱水通流溝を備えたことを特
    徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
  2. 【請求項2】固体高分子膜を一組の電極で挟持し、その
    外面に、電極に面してガス通流溝を備え、相対する面に
    冷却水通流溝を備えた一組のガス不透過性材料よりなる
    セパレータを配して形成される単電池を複数積層し、冷
    却水通流溝に冷却水を通流して所定温度に保持し、一方
    のセパレータのガス通流溝に燃料ガスを、他方のセパレ
    ータのガス通流溝に酸化剤ガスを通流して発電する固体
    高分子電解質型燃料電池において、 セパレータの冷却水通流溝が、相対する面に設けられた
    ガス通流溝の出口側に偏して配されていることを特徴と
    する固体高分子電解質型燃料電池。
JP8213358A 1996-08-13 1996-08-13 固体高分子電解質型燃料電池 Pending JPH1064562A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000285935A (ja) * 1999-03-31 2000-10-13 Toshiba Corp 固体高分子型燃料電池スタック
CN100336260C (zh) * 2002-06-26 2007-09-05 本田技研工业株式会社 固体高分子型电池组合体

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000285935A (ja) * 1999-03-31 2000-10-13 Toshiba Corp 固体高分子型燃料電池スタック
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