JPH11312528A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH11312528A JPH11312528A JP10134691A JP13469198A JPH11312528A JP H11312528 A JPH11312528 A JP H11312528A JP 10134691 A JP10134691 A JP 10134691A JP 13469198 A JP13469198 A JP 13469198A JP H11312528 A JPH11312528 A JP H11312528A
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- 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
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本体において白金系触媒が電極のエッジ部分で露出し、
ここで燃料ガスと空気との好ましくない燃焼が発生する
可能性があるので、この燃焼を未然に防止できると共に
作成容易な新規構成の燃料電池本体のケーシングを提案
する。 【解決手段】 ケーシングには電極のエッジに対向する
接着剤溝が形成され、この溝へ接着剤を充填することに
より電極のエッジ部分に露出する触媒を被覆する。ま
た、ケーシングを空気極に対向する部分と燃料極に対向
する部分に分割すると共に、それぞれのガス出入り口に
対向する部分に溝を形成し、この溝に形成された台座に
補助プレートを載せて当該溝の蓋としてガス出入り口を
構成した。
Description
る。更に詳しくは電解質膜の第1の面と第2の面にそれ
ぞれ該電解質膜の周縁部を残して空気極と燃料極とが積
層される燃料電池本体を収納するケーシングの改良に関
する。
の面へ空気極を積層し、他の面へ燃料極を積層した構成
である。空気極及び燃料極において電解質膜と接触する
面の全面にはある程度の厚さでもって白金系の触媒が均
一に分散されいていて、燃料極及び空気極における触媒
層が形成される。この燃料電池本体はケーシングに収納
される。ケーシングは空気極へ空気(酸化ガス)を供給
する部分と燃料極へ水素ガス等の燃料ガスを供給する部
分とを有する必要があり、従来より種々のタイプが提案
されている。
収納できるようにケーシングを空気極に対向する第1の
部分と燃料極に対向する第2の部分とに分割し、各部分
の周縁部で燃料電池本体の周縁部(通常は空気極及び燃
料極からはみ出した電解質膜の部分がこの周縁部とな
る)を挟み込む構成とすることがその製作上好ましい。
この場合、例えば空気の取り入れ口を形成するための溝
を第1の部分の周縁部に形成することはできない。そう
するとその部分で燃料電池本体に対する充分なの挟持力
が得られないためである。そこで、当該周縁部の内側に
孔を穿設し、空気極に対向する部分と外部とを連通させ
ることも考えられるが、当該周縁部に過剰な厚さを与え
ない限りこのような孔を穿設することは困難である。
本体において白金系触媒が電極のエッジ部分で露出し、
ここで燃料ガスと空気との好ましくない燃焼が発生する
可能性のあることがわかった。
解決するためになされたものである。その構成は次の通
りである。即ち、 電解質膜に、その周縁部を残して、
空気極と燃料極とが積層されてなる燃料電池本体と、前
記空気極に対向し空気を流通させる空気流通路と前記空
気極を外部に電気的に接続する手段とを備える第1の部
分と、前記燃料極に対向し燃料ガスを流通させる燃料ガ
ス流通路と前記燃料極を外部に電気的に接続する手段と
を備える第2の部分とからなり、前記第1の部分と前記
第2の部分の各周縁部で前記電解質膜の周縁部を挟持す
る構成のケーシングとを備えてなり、前記ケーシングの
第1の部分は次の構成を有する、その周縁部には前記空
気極のエッジに対向する第1の接着剤溝が形成され、第
1の辺に空気の入口溝が形成され第2の辺に空気の出口
溝が形成され、該空気の入口溝には空気流を阻害しない
第1の台座が形成されて該第1の台座に第1の補助プレ
ートが載せられ、該第1の補助プレートは前記第1の部
分の周縁部と実質的に面一となる第1の面と前記空気極
のエッジに対向する前記第1の接着剤溝を構成する第2
の面を備え、該空気の出口溝には空気流を阻害しない第
2の台座が形成されて該第2の台座に第2の補助プレー
トが載せられ、該第2の補助プレートは前記第1の部分
の周縁部と実質的に面一となる第3の面と前記空気極の
エッジに対向する前記第1の接着剤溝を構成する第4の
面を備える、ことを特徴する燃料電池。
よれば、少なくとも空気極に対向する第1の部分におい
て、空気極のエッジに対向する部分に第1の接着剤溝が
形成される。この第1の部分へ燃料電池本体を接合する
際に使用される接着剤を当該第1の接着剤溝に充填させ
ることにより、空気極のエッジが当該接着剤で被覆され
る。従って、空気極のエッジで露出している白金系触媒
も接着剤で被覆されることとなり、もって、当該白金系
触媒上において燃料ガスと空気との好ましくない燃焼が
発生しなくなる。
は溝とした(空気の入口溝と出口溝)ので、その作成に
手間がかからなくなる。さらに、各溝には台座を設けて
その台座を利用して補助プレートにより当該溝を蓋する
構成とした。この蓋となる補助プレートが燃料電池本体
の周縁部に対向するので、溝を設けた部分においても燃
料電池本体に対する挟持力が維持される。
る。図1はこの発明の実施例の燃料電池1の分解斜視図
である。この図に示されるように燃料電池1は燃料電池
本体1、第1のコネクタ板20、第2のコネクタ板7
0、第1〜4の補助プレート50、60、100及び1
10を備えてなる。
ート状の空気極13と同じくシート状の燃料極15とで
固体高分子電解質膜11を挟み込んだ構成である。空気
極13及び燃料極15において電解質膜11と接触する
面の全面にはある程度の厚さでもって周知の白金系の触
媒が均一に分散されいていて、燃料極13及び空気極1
5における触媒層が形成される。電解質膜11において
両電極13、15から露出する部分がその周縁部12と
なる。空気極13には水が供給されるのでこれは耐水性
のある材料で形成される。また、そこに水の膜ができる
と空気極13の実効面積が減少するので空気極13の材
料には高い撥水性も要求される。かかる材料として、カ
ーボンクロスを基材として(C+PTFE)をぬりこん
だガス拡散層を使用した。固体高分子電解質膜11には
汎用的なナフィオン(商品名:デュポン社)の薄膜を使
用した。尚、膜の厚さは空気極側からの生成水の逆浸透
が可能であれば、その数値は特に問わない。燃料極15
は空気極13と同じ材料で形成されている。部品の共通
化の為である。
たように、各電極13、15のエッジ14、16におい
て白金系触媒は露出し、ここで好ましない燃焼を起こす
おそれがある。したがって、この発明では、図2の部分
拡大図で示したように、当該エッジ14、16を接着剤
の層18で被覆する。この接着剤層18の形成を容易に
するため、各コネクタ板20、70にそれぞれ接着剤溝
を形成した。ケーシングにおいて空気極13に対向する
第1のコネクタ板20(第1の部分)は黒鉛製であり、
全体的に導電性を有する。図3に示すとおり、第1のコ
ネクタ板20において空気極13に対向する面には空気
を流通させるための縦方向の溝21が複数条平行に形成
されている。各溝20を区画する壁の部分23は空気極
13に当接する。これにより、空気極13の外部に対す
る電気的接続が確保される。なお、壁の部分23に切欠
き25を設けたのは、溝21より水滴を確実にドレイン
26に滴下するためである。
の辺)27、28は壁の部分23の頂部と同じ高さであ
り、この両当接縁27、28が第1のコネクタ板20の
周縁部として電解質膜11の周縁部12に当接する。両
当接縁27、28の内側に少し低い電極受け部29、3
0が形成されている。この電極受け部29、30へ空気
極13の左右の辺がそれぞれ載せられたとき、両当接縁
27、28と空気極13の左右辺との間に小さな隙間
(実施例では5mm程度)が形成されるように設計され
ている。この空気受け部29、30と両当接縁27、2
8との段差部が空気極13のエッジ14に対向し、接着
剤溝31、32となる。
は更に一段と低くされて、第1の補助プレート50及び
第2の補助プレート60の各蓋プレート51(第1のプ
レート)、62(第3のプレート)の載せられるプレー
ト受け部33、34、35及び36となる。溝21を区
画する壁23もこのプレート受け部33〜36に対向す
る部分で低くされ(図4参照)、プレート受け部33〜
36と同じ高さの台座部37、38が形成される。この
台座37、38の上に蓋プレート51、61がそれぞれ
載せられて接着されることとなる。
7の幅(図示上下方向の長さ)は蓋プレート51の幅と
同じとした。また、プレート受け部33、34と電極受
け部29、30との段差の高さと蓋プレート51の厚さ
とを同じにした。これにより、蓋プレート51をプレー
ト受け部33、34及び台座37の上に載せたとき、蓋
プレート51の表面(第2の面)は電極受け部29、3
0と面一となる。この蓋プレート51と台座37の間の
空間、即ち溝21により、空気の入り口が形成される。
この空気入り口を形成するに当たり、第1のコネクタ板
20に何ら穴をあける必要がない。この実施例では当接
縁27、28の厚さが約4.0mmであり、この厚さの
部分に溝21と同軸の穴を穿設することは困難である。
8の幅(図示上下方向の長さ)は蓋プレート61の幅よ
り狭くした。これにより、蓋プレート61の下縁部62
が水抜き用のドレイン26に垂れ下がる構成となる。溝
21を流れてきた水は実質的な溝の下端となる台座38
の間を流れ、更にこの下縁部62に沿って下方へ移動す
る。そして、ドレイン26へ確実に落下して系外へ排出
される。もしもこの下縁部62が台座38の下端、即ち
実質的な溝の下端より垂れ下がっていなければ、溝の出
口で水が凝集し、この溝を塞いでしまうおそれがある。
プレート受け部35、36と電極受け部29、30との
段差の高さと蓋プレート61の厚さとを同じにした。こ
れにより、蓋プレート61をプレート受け部35、36
及び台座38の上に載せたとき、蓋プレート61の表面
(第4の面)は電極受け部29、30と面一となる。こ
の蓋プレート61と台座38の間の空間、即ち溝21に
より、空気の出口が形成される。
(第2のプレート)が載せられて接着される。これらの
プレート51、53から第1の補助プレート50が構成
される。この当接プレート53の厚さは当接縁27、2
8と電極受け面29、30との段差の高さと等しく、従
って当接プレート53の表面(第1の面)は当接縁2
7、28と面一となり、電解質膜11の周縁部12を挟
持する。この当接プレート53は蓋プレート51のほぼ
中央に配置される。これにより、図4に示すように、空
気極13に対向する側に接着剤溝54が形成され、外側
に接着剤の逃げ空間56が形成される。
(第4のプレート)が載せられて接着される。これらの
プレート61、63から第2の補助プレートが構成され
る。この当接プレート63の厚さは当接縁27、28と
電極受け面29、30との段差の高さと等しく、従って
当接プレート63の表面(第3の面)は当接縁27、2
8と面一となり、電解質膜11の周縁部12を挟持す
る。この当接プレート63は蓋プレート61のほぼ中央
に配置される。これにより、図4に示すように、空気極
13に対向する側に接着剤溝64が形成され、外側に接
着剤の逃げ空間66が形成される。
0において、接着剤溝31、32、54、64に該当す
る部分に汎用の接着剤を塗布しておいてそこへ燃料電池
本体10を図3に二点鎖線で示すように重ねる。そし
て、第1及び第2のコネクタ板20、70で燃料電池本
体10を強く挟むと、接着剤は空気極13のエッジ14
を図2に示すように被覆して触媒の露出を防ぐ。これに
より、空気極のエッジ14に表出する触媒が直接空気に
触れることがなくなり、もって当該触媒上での燃料ガス
と空気との燃焼が未然に防止される。
形成される接着剤溝54、64に塗布された接着剤のう
ち当該接着剤溝54、64に収まりきらなかった部分は
当接プレート53、63を乗り越えて、逃がし空間5
6、66へそれぞれ逃げ、ここに収納される。従って、
空気入口や空気出口まで接着剤が回り込むことがなく、
それらの接着剤による閉塞が確実に防止される。
及び図6に基づいて説明する。第2のコネクタ板70は
ケーシングにおいて燃料極15に対向する第2の部分で
ある。図5はその燃料極15に対向する面の平面図であ
り、図1では第2のコネクタ板70の裏面が描かれてい
る。この第2のコネクタ板70は黒鉛製であり、全体的
に導電性を有する。第2のコネクタ板70において燃料
極15に対向する面には燃料ガスを流通させるための溝
71がほぼ格子状に形成されている。各溝71を区画す
る壁の部分73は燃料極15に当接する。これにより、
燃料極15の外部に対する電気的接続が確保される。
入り口90は周縁部77にあけられた、図5において左
上隅の、長孔91の側面である。また、燃料ガスの出口
95は同じく周縁部77にあけられた、同右下隅の、長
孔96の側面である。
部分73の頂部と同じ高さであり、この周縁部77が電
解質膜11の周縁部12に当接する。周縁部77には、
入口90及び出口95の部分を除いて、その内側に少し
低い電極受け部79、80が形成されている。この電極
受け部79、80へ燃料極15のエッジが載せられたと
き、周縁部77と燃料極15のエッジの間に小さな隙間
(実施例では5mm程度)があくように設計されてい
る。この空気受け部79、80と周縁部77との段差部
が燃料極15のエッジ16に対向し、この部分が接着剤
溝81、82となる。
電極受け部79、80に続く部分は更に一段と低くされ
て、第3の補助プレート100及び第4の補助プレート
110の各蓋プレート101(第5のプレート)、11
1(第7のプレート)の載せられるプレート受け部8
3、84、85及び86が形成される。燃料ガスの入口
90及び出口95の内側には、このプレート受け部83
〜86と同じ高さの台座部87、88が形成される。こ
のプレート受け部83、84及び台座87の上に蓋プレ
ート101が、プレート受け部85、86及び台座88
の上に蓋プレート111がそれぞれ載せられて接着され
ることとなる。
9、80との段差の高さと蓋プレート101の厚さとを
同じにした。これにより、蓋プレート101をプレート
受け部83、84及び台座87の上に載せたとき、蓋プ
レート101の表面(第6の面)は電極受け部79、8
0と面一となる。この蓋プレート101と台座87−台
座87間の空隙が空気の入り口90となる。この空気入
り口90を形成するに当たり、第2のコネクタ板70に
何ら穴をあける必要がない。この実施例では周縁部77
の厚さがほぼ4.0mmであり、この厚さの部分に溝7
1と同軸の穴を穿設することは困難である。
9、80との段差の高さと蓋プレート111の厚さとを
同じにした。これにより、蓋プレート111をプレート
受け部85、86及び台座88の上に載せたとき、蓋プ
レート111の表面(第8の面)は電極受け部79、8
0と面一となる。この蓋プレート101と台座87−台
座87間の空隙が空気の入り口90となる。
02(第6のプレート)が載せられて接着される。これ
らのプレート101、102から第3の補助プレート1
00が構成される。この当接プレート102の厚さは周
縁部77と電極受け面79、80との段差の高さに等し
く、従って当接プレート102の表面(第5の面)は周
縁部77と面一となり、電解質膜11の周縁部12を挟
持する。プレート101及び102の段差は燃料極15
のエッジ16に対向し、この部分が接着剤溝93とな
る。
12(第8のプレート)が載せられて接着される。これ
らのプレート111、112から第4の補助プレート1
10が構成される。この当接プレート112の厚さは周
縁部77と電極受け面79、80との段差の高さに等し
く、従って当接プレート112の表面(第7の面)は周
縁部77と面一となり、電解質膜11の周縁部12を挟
持する。プレート111及び112の段差は燃料極15
のエッジ16に対向し、この部分が接着剤溝98とな
る。
0において、接着剤溝81、82、93、98に該当す
る部分に汎用の接着剤を塗布しておいてそこへ燃料電池
本体10を図5に二点鎖線で示すように重ねる。そし
て、第1及び第2のコネクタ板20、70で燃料電池本
体10を強く挟むと、接着剤は燃料極15のエッジ16
を被覆して触媒の露出を防ぐ。これにより、空気極のエ
ッジ14に表出する触媒が直接空気に触れることがなく
なり、もって当該触媒上での燃料ガスと空気との燃焼が
未然に防止される。
れる。断面位置は図3のIV-IV断面指示線で示された位
置に等しい。
1のコネクタ板20と第2のコネクタ板70とで挟持す
る構成とした。これを単位ユニットとして、更に例えば
第1のコネクタ板20の表面(空気極13に対向しない
面)の形状を第2のコネクタ板70の燃料極対向面と同
じ構造とし、第2のコネクタ板70の裏面(燃料極15
に対向しない面)の形状を第1のコネクタ板20の空気
極対向面と同じ構造として順次積み重ねていけば、複数
の燃料電池本体を1のケーシング内に収めることができ
る。
燃料電池装置201を示す。この装置201は燃料電池
1、燃料ガスとしての水素ガス供給系220、空気供給
系230、水供給系240から概略構成される。
それぞれ空気を吸入、排気するための空気マニホールド
214、215が形成され、それぞれ空気の入口及びド
レイン26に連通している。上方のマニホールド214
にはノズル241を取り付けるための取付孔が形成され
ている。ノズル241から噴出される水の噴出角度には
制限があり、かつ水を霧状にしてこれを空気極13の全
面に行き渡らせるには、ノズルと空気極13との間に所
定の間隔が必要になる。従って、このマニホールド21
4は比較的背の高いものとなる。一方、下側の空気マニ
ホールド215は滴下した水を効率よく排出できるもの
とする。
て、この実施例では水素吸蔵合金からなる水素ボンベを
利用した。水素源221と第2のコネクタ板70の水素
入口90とは水素供給調圧弁223を介して水素ガス供
給路222により接続されている。調圧弁223は燃料
極に供給する水素ガスの圧力を調整するものであり、汎
用的な構成のものを利用できる。
気ガスは排気ガス路224を通じて空気マニホールド2
14へ供給され、ここで空気と混合される。排気ガス路
224にはこれを開閉するための水素排気弁225が配
設されている。
しないブロアによって大気中より空気が供給される。図
の符号231は空気の供給路でありマニホールド214
に連結されている。下側のマニホールド215には空気
路232が連結され、水を分離する凝縮器233を介し
て排気ガスは排気路236へ送られる。空気排気調圧弁
234の開度により排気路236から排気される量が調
節される。
2へ送られる。タンク242には水位センサ243が付
設される。この水位センサ243により、タンク242
の水位が所定の値以下となると、アラーム244が点滅
してオペレータに水不足を知らせる。
2から水供給路245がポンプ246、水圧センサ24
7及び調圧弁248を介して、ノズル241まで連結さ
れている。調圧弁248により所望の水圧に調節された
水はノズル241から吹き出して空気マニホールド21
4内では霧状になる。そして、吹き出し時の運動量(初
速)、霧の自重および空気流等によって空気極13の実
質的な全面に霧状の水が供給される。
れた水はそこで周囲の空気及び電極表面から潜熱を奪っ
て蒸発する。これにより、電解質膜11の水分の蒸発が
防止される。また、空気極13へ供給された水は空気極
13からも潜熱を奪うので、これを冷却する作用もあ
る。特に、始動時に水を供給したとき、水素と空気の燃
焼により膜、触媒がダメージを受けることを予防でき
る。図中の符号250は電圧計であり、空気極13と燃
料極15との間の電圧を計測する。
料電池1の空気極13へ比較的多量の水が供給されるの
で、この水を効率よく排出する必要がある。そのため、
実施例の燃料電池1ではドレイン26に第3のプレート
61の下縁部63を突出させている。
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
斜視図である。
ある。
構成を示す模式図である。
Claims (6)
- 【請求項1】電解質膜に、その周縁部を残して、空気極
と燃料極とが積層されてなる燃料電池本体と、 前記空気極に対向し空気を流通させる空気流通路と前記
空気極を外部に電気的に接続する手段とを備える第1の
部分と、前記燃料極に対向し燃料ガスを流通させる燃料
ガス流通路と前記燃料極を外部に電気的に接続する手段
とを備える第2の部分とからなり、前記第1の部分と前
記第2の部分の各周縁部で前記電解質膜の周縁部を挟持
する構成のケーシングとを備えてなり、 前記ケーシングの第1の部分は次の構成を有する、 その周縁部には前記空気極のエッジに対向する第1の接
着剤溝が形成され、第1の辺に空気の入口溝が形成され
第2の辺に空気の出口溝が形成され、該空気の入口溝に
は空気流を阻害しない第1の台座が形成されて該第1の
台座に第1の補助プレートが載せられ、該第1の補助プ
レートは前記前記第1の部分の周縁部と実質的に面一と
なる第1の面と前記空気極のエッジに対向する前記第1
の接着剤溝を構成する第2の面を備え、該空気の出口溝
には空気流を阻害しない第2の台座が形成されて該第2
の台座に第2の補助プレートが載せられ、該第2の補助
プレートは前記第1の部分の周縁部と実質的に面一とな
る第3の面と前記空気極のエッジに対向する前記第1の
接着剤溝を構成する第4の面を備える、 ことを特徴する燃料電池。 - 【請求項2】前記第2の補助プレートは前記第2の台座
に載せられる第1のプレートと、該第1のプレートに載
せられて前記第3の面を持つ第2のプレートからなり、
前記両プレートの段差部で前記接着剤溝が構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。 - 【請求項3】前記ケーシングの第1の部分は使用時に下
側となる辺に前記空気の出口溝が形成されて、更に該出
口溝に連通する水抜き溝を有し、 前記第1のプレートは該水抜き溝まで延出する部分を有
する、 ことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池。 - 【請求項4】前記第1及び第2の補助プレートには、接
着剤溝からはみ出した接着剤を逃がす空間が形成されて
いる、ことを特徴とする請求項2又は3のいずれかに記
載の燃料電池。 - 【請求項5】前記第2の部分は次の構成を有する、 その周縁部には前記燃料極のエッジに対向する第2の接
着剤溝が形成され、第3の辺に燃料ガス入口溝が形成さ
れ第4の辺に燃料ガスの出口溝が形成され、該燃料ガス
の入口溝にはガス流を阻害しない第3の台座が形成され
て該第3の台座に第3の補助プレートが載せられ、該第
3の補助プレートは前記第2の部分の周縁部と実質的に
面一となる第5の面と前記燃料極のエッジに対向する前
記第2の接着剤溝を構成する第6の面を備え、該燃料ガ
スの出口溝にはガス流を阻害しない第4の台座が形成さ
れて該第4の台座に第4の補助プレートが載せられ、該
第4の補助プレートは前記第2の周縁部と実質的に面一
となる第7の面と前記燃料極のエッジに対向する前記第
2の接着剤溝を構成する第8の面を備える、 ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料
電池。 - 【請求項6】請求項1〜5のいずれかに記載の燃料電池
と、 空気供給系と、 燃料供給系と、を備えてなる燃料電池装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13469198A JP3959840B2 (ja) | 1998-04-27 | 1998-04-27 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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