JPH06267560A - 固体高分子型燃料電池 - Google Patents
固体高分子型燃料電池Info
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- JPH06267560A JPH06267560A JP5052704A JP5270493A JPH06267560A JP H06267560 A JPH06267560 A JP H06267560A JP 5052704 A JP5052704 A JP 5052704A JP 5270493 A JP5270493 A JP 5270493A JP H06267560 A JPH06267560 A JP H06267560A
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- Japan
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- reaction gas
- electrolyte
- cooling water
- water
- gas
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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
(57)【要約】
【目的】燃料電池の温度、圧力条件下で調和のとれた燃
料電池の冷却と反応ガスの加湿を精度良く行なうことが
でき、反応ガス中の水蒸気の凝縮を防ぐことができ、発
電効率のよい固体高分子型燃料電池を提供すること。 【構成】電解質１０とその両側面に接合された一対の電
極１１，１２とからなる電解質電極接合体と、この電解
質電極接合体の両側に配置されガス不透過性部材で形成
された一対のガス仕切板１３，１４と、一対のガス仕切
板１３，１４内にそれぞれ形成されかつ一部が前記電解
質電極接合体に接する如く設けられた反応ガス供給流路
１５，１６と、反応ガス供給流路１５，１６の壁面の一
部をなす如く一側面を上記流路に臨ませた水透過性の気
水仕切板１７，１８と、この気水仕切板の他側面を壁面
の一部とする冷却水供給流路２１，２２とを備えてい
る。
料電池の冷却と反応ガスの加湿を精度良く行なうことが
でき、反応ガス中の水蒸気の凝縮を防ぐことができ、発
電効率のよい固体高分子型燃料電池を提供すること。 【構成】電解質１０とその両側面に接合された一対の電
極１１，１２とからなる電解質電極接合体と、この電解
質電極接合体の両側に配置されガス不透過性部材で形成
された一対のガス仕切板１３，１４と、一対のガス仕切
板１３，１４内にそれぞれ形成されかつ一部が前記電解
質電極接合体に接する如く設けられた反応ガス供給流路
１５，１６と、反応ガス供給流路１５，１６の壁面の一
部をなす如く一側面を上記流路に臨ませた水透過性の気
水仕切板１７，１８と、この気水仕切板の他側面を壁面
の一部とする冷却水供給流路２１，２２とを備えてい
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池の冷却機能及
び反応ガスの加湿機能を備えた固体高分子型燃料電池に
関する。
び反応ガスの加湿機能を備えた固体高分子型燃料電池に
関する。
【０００２】
【従来の技術】図２は、従来の固体高分子型燃料電池の
構成を切断して示す斜視図である。すなわち、１は反応
ガス（燃料ガス）を導入する一方のガス仕切板、２は電
極、３は電解質、４は電極、５は反応ガス（酸化剤ガ
ス）を導入する他方のガス仕切板、６は冷却水供給流
路、７は燃料ガス流路、８は酸化剤ガス流路、９は冷却
水供給流路を示している。なお、電極２、電解質３、電
極４は一体的に接合されており、電解質電極接合体を形
成している。
構成を切断して示す斜視図である。すなわち、１は反応
ガス（燃料ガス）を導入する一方のガス仕切板、２は電
極、３は電解質、４は電極、５は反応ガス（酸化剤ガ
ス）を導入する他方のガス仕切板、６は冷却水供給流
路、７は燃料ガス流路、８は酸化剤ガス流路、９は冷却
水供給流路を示している。なお、電極２、電解質３、電
極４は一体的に接合されており、電解質電極接合体を形
成している。
【０００３】このように構成された従来の固体高分子型
燃料電池は、電解質３と、燃料ガス流路７から電極２を
介して電解質３に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス流
路８から電極４を介して電解質３に供給される酸化剤ガ
スとによって発電反応が行われ、電極２と電極４との間
に電位差を発生させる。この発電反応にともない電解質
電極接合体２〜４は発熱するので、固体高分子型燃料電
池の温度を一定に保つためには冷却が必要となる。この
ため、ガス仕切板１，５の内部に冷却水供給流路６，９
を設け、この冷却水供給流路６，９内に冷却水を循環通
流させることにより、発電時に発生する電池排熱を除去
し、固体高分子型燃料電池の温度を一定に保つようにし
ている。
燃料電池は、電解質３と、燃料ガス流路７から電極２を
介して電解質３に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス流
路８から電極４を介して電解質３に供給される酸化剤ガ
スとによって発電反応が行われ、電極２と電極４との間
に電位差を発生させる。この発電反応にともない電解質
電極接合体２〜４は発熱するので、固体高分子型燃料電
池の温度を一定に保つためには冷却が必要となる。この
ため、ガス仕切板１，５の内部に冷却水供給流路６，９
を設け、この冷却水供給流路６，９内に冷却水を循環通
流させることにより、発電時に発生する電池排熱を除去
し、固体高分子型燃料電池の温度を一定に保つようにし
ている。
【０００４】一方、電解質３のイオン導電性を高く保ち
発電効率を上げるためには、電解質３の含水率を高く保
つ必要がある。このため反応ガスを加湿し、その加湿水
蒸気により電解質に含水させている。この反応ガスの加
湿は別途燃料電池外部で行なわれている。
発電効率を上げるためには、電解質３の含水率を高く保
つ必要がある。このため反応ガスを加湿し、その加湿水
蒸気により電解質に含水させている。この反応ガスの加
湿は別途燃料電池外部で行なわれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の固体高分子型燃料電池では、ガス仕切板１，５の内部
に設けられた冷却水供給流路６，９に冷却水を循環通流
させることにより燃料電池の冷却を行なっている。一
方、反応ガスの加湿は燃料電池外部で別途に行なってい
る。このため、冷却水温度と反応ガスの加湿度との調節
は全く別系統で行なわれていた。したがって、調和のと
れた精度の良い制御を行なうことが困難で、反応ガス中
の水蒸気が凝縮して、電解質電極接合体が水没を起こす
虞があった。また、このような水蒸気の凝縮を防ぐため
に、燃料電池の温度制御の制御幅を小さく設定すると、
大きな冷却水循環用ポンプ動力が必要となり、冷却機構
も含めた発電システムの効率が低下するという問題があ
った。
の固体高分子型燃料電池では、ガス仕切板１，５の内部
に設けられた冷却水供給流路６，９に冷却水を循環通流
させることにより燃料電池の冷却を行なっている。一
方、反応ガスの加湿は燃料電池外部で別途に行なってい
る。このため、冷却水温度と反応ガスの加湿度との調節
は全く別系統で行なわれていた。したがって、調和のと
れた精度の良い制御を行なうことが困難で、反応ガス中
の水蒸気が凝縮して、電解質電極接合体が水没を起こす
虞があった。また、このような水蒸気の凝縮を防ぐため
に、燃料電池の温度制御の制御幅を小さく設定すると、
大きな冷却水循環用ポンプ動力が必要となり、冷却機構
も含めた発電システムの効率が低下するという問題があ
った。
【０００６】そこで本発明は、燃料電池の温度、圧力条
件下で調和のとれた燃料電池の冷却と反応ガスの加湿を
精度良く行なうことができ、反応ガス中の水蒸気の凝縮
を防ぐことができ、発電効率のよい固体高分子型燃料電
池を提供することを目的としている。
件下で調和のとれた燃料電池の冷却と反応ガスの加湿を
精度良く行なうことができ、反応ガス中の水蒸気の凝縮
を防ぐことができ、発電効率のよい固体高分子型燃料電
池を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明は、電解質とこの電解質を挟む
ように配置された一対の電極とからなる電解質電極接合
体と、この電解質電極接合体の両側に配置されガス不透
過性部材で形成された一対のガス仕切板と、この一対の
ガス仕切板内にそれぞれ形成されかつ一部が前記電解質
電極接合体に接する如く設けられた反応ガス供給流路
と、この反応ガス供給流路の壁面の一部をなす如く一側
面を上記反応ガス供給流路に臨ませて設けられた水透過
性の気水仕切板と、この気水仕切板の他側面が壁面の一
部をなす如く設けられた冷却水供給流路とを備えてい
る。
達成するために、本発明は、電解質とこの電解質を挟む
ように配置された一対の電極とからなる電解質電極接合
体と、この電解質電極接合体の両側に配置されガス不透
過性部材で形成された一対のガス仕切板と、この一対の
ガス仕切板内にそれぞれ形成されかつ一部が前記電解質
電極接合体に接する如く設けられた反応ガス供給流路
と、この反応ガス供給流路の壁面の一部をなす如く一側
面を上記反応ガス供給流路に臨ませて設けられた水透過
性の気水仕切板と、この気水仕切板の他側面が壁面の一
部をなす如く設けられた冷却水供給流路とを備えてい
る。
【０００８】
【作用】上記手段を講じた結果、次のような作用が生じ
る。反応ガス供給流路は冷却水供給流路と水透過性の気
水仕切板を介して接しているので、冷却供給流路内の冷
却水により燃料電池は冷却されるとともに、冷却水の一
部はその温度、圧力雰囲気下で水透過性の気水仕切板を
透過し、反応ガス供給流路に入る。反応ガス供給流路表
面に到達した冷却水は蒸発し、反応ガス中に水蒸気とし
て拡散供給される。このため、反応ガスは適度に加湿さ
れ、反応ガス中の水蒸気が凝縮することはない。
る。反応ガス供給流路は冷却水供給流路と水透過性の気
水仕切板を介して接しているので、冷却供給流路内の冷
却水により燃料電池は冷却されるとともに、冷却水の一
部はその温度、圧力雰囲気下で水透過性の気水仕切板を
透過し、反応ガス供給流路に入る。反応ガス供給流路表
面に到達した冷却水は蒸発し、反応ガス中に水蒸気とし
て拡散供給される。このため、反応ガスは適度に加湿さ
れ、反応ガス中の水蒸気が凝縮することはない。
【０００９】
【実施例】図１は本発明の一実施例に係る固体高分子型
燃料電池の構成を切断して示す斜視図である。図１に示
すように、平板状の電解質１０とこの電解質１０を挟む
ようにその両面に接合され一対の電極１１，１２とによ
って電解質電極接合体が形成されている。この電解質電
極接合体の両側面は、金属板あるいはカーボン板等から
なるガス不透過性導電体で形成されたガス仕切板１３，
１４で挟まれている。これらガス仕切板１３，１４には
溝状の反応ガス供給流路１５，１６が設けられている。
この反応ガス供給流路１５，１６は一方の開口端面が前
記電解質電極接合体に接する如く設けられている。ま
た、反応ガス供給流路１５，１６の他方の開口端面は水
透過性でかつガス不透過性の導電体（高水透過性高分子
材料等）の気水仕切板１７，１８によって閉塞されてい
る。すなわち気水仕切板１７，１８の一側面が反応ガス
供給流路１５，１６の壁面の一部をなす如く設けられて
いる。前記ガス仕切板１３，１４の両側面は冷却板１
９，２０によって挟まれている。これらの冷却板１９，
２０のガス仕切板接合面には溝状の冷却水供給流路２
１，２２が設けられており、各冷却水供給流路２１，２
２の開口端面が前述した気水仕切板１７，１８の他側面
によって閉塞されている。すなわち気水仕切板１７，１
８の他側面が冷却水供給流路２１，２２の壁面の一部を
なす如く設けられている。
燃料電池の構成を切断して示す斜視図である。図１に示
すように、平板状の電解質１０とこの電解質１０を挟む
ようにその両面に接合され一対の電極１１，１２とによ
って電解質電極接合体が形成されている。この電解質電
極接合体の両側面は、金属板あるいはカーボン板等から
なるガス不透過性導電体で形成されたガス仕切板１３，
１４で挟まれている。これらガス仕切板１３，１４には
溝状の反応ガス供給流路１５，１６が設けられている。
この反応ガス供給流路１５，１６は一方の開口端面が前
記電解質電極接合体に接する如く設けられている。ま
た、反応ガス供給流路１５，１６の他方の開口端面は水
透過性でかつガス不透過性の導電体（高水透過性高分子
材料等）の気水仕切板１７，１８によって閉塞されてい
る。すなわち気水仕切板１７，１８の一側面が反応ガス
供給流路１５，１６の壁面の一部をなす如く設けられて
いる。前記ガス仕切板１３，１４の両側面は冷却板１
９，２０によって挟まれている。これらの冷却板１９，
２０のガス仕切板接合面には溝状の冷却水供給流路２
１，２２が設けられており、各冷却水供給流路２１，２
２の開口端面が前述した気水仕切板１７，１８の他側面
によって閉塞されている。すなわち気水仕切板１７，１
８の他側面が冷却水供給流路２１，２２の壁面の一部を
なす如く設けられている。
【００１０】このような構成であると、燃料ガスと酸化
剤ガスはそれぞれ、反応ガス供給流路１５，１６を通っ
て、電解質電極接合体１０〜１２に導かれ、発電反応に
より消費される。そして発電反応の際の電池排熱は冷却
水供給流路２１，２２中を流れる冷却水によって外部に
持ち去られる。また、冷却水の一部は気水仕切板１７，
１８の表面から水蒸気となって、反応ガス供給流路１
５，１６中に供給されるため、反応ガスは加湿される。
さらに、その水蒸気は電極１１，１２の内部に拡散し、
電解質１０に到達する。これにより、電解質は高い含水
率を保持し、高いイオン導電性を示す。
剤ガスはそれぞれ、反応ガス供給流路１５，１６を通っ
て、電解質電極接合体１０〜１２に導かれ、発電反応に
より消費される。そして発電反応の際の電池排熱は冷却
水供給流路２１，２２中を流れる冷却水によって外部に
持ち去られる。また、冷却水の一部は気水仕切板１７，
１８の表面から水蒸気となって、反応ガス供給流路１
５，１６中に供給されるため、反応ガスは加湿される。
さらに、その水蒸気は電極１１，１２の内部に拡散し、
電解質１０に到達する。これにより、電解質は高い含水
率を保持し、高いイオン導電性を示す。
【００１１】上記した本実施例においては、反応ガス供
給流路１５と冷却水供給流路２１及び反応ガス供給流路
１６と冷却水供給流路２２とは、水透過性でかつガス不
透過性の気水仕切板１７，１８を共通の壁面として構成
されている。したがって、冷却水供給流路２１，２２を
通流する冷却水により燃料電池は冷却されるとともに、
温度上昇した冷却水の一部はその温度、圧力雰囲気下で
冷却板１９，２０とガス仕切板１３，１４との間に介在
している気水仕切板１７，１８を透過し、反応ガス供給
流路１５，１６内に入り込む。反応ガス供給流路１５，
１６表面に到達した冷却水は蒸発し、反応ガス中に水蒸
気として拡散供給される。このため、反応ガスは適度に
加湿され、反応ガス中の水蒸気が凝縮することはない。
かくして燃料電池外部で別途反応ガスを加湿する必要が
なくなるとともに、電解質電極接合体を加湿水蒸気の凝
縮水により水没させることなく電解質の含水率を高く保
ち得、イオン導電性を高く保つことができる。さらに、
反応ガス中の湿度が局所的な燃料電池の温度、圧力によ
り制御されるため、燃料電池積層体を構成する場合、単
位燃料電池それぞれの温度及び圧力がすべて同じである
必要がなくなる。したがって、冷却水の循環流路にそっ
て単位燃料電池の温度が上昇しても構わないので、燃料
電池積層体に導入する冷却水の入口、出口温度差を大き
くとることができ、冷却水循環用ポンプ動力が小さくて
すみ、冷却機構も含めた発電システムの効率が上昇す
る。なお、本発明は上述した実施例に限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施
可能であるのは勿論である。
給流路１５と冷却水供給流路２１及び反応ガス供給流路
１６と冷却水供給流路２２とは、水透過性でかつガス不
透過性の気水仕切板１７，１８を共通の壁面として構成
されている。したがって、冷却水供給流路２１，２２を
通流する冷却水により燃料電池は冷却されるとともに、
温度上昇した冷却水の一部はその温度、圧力雰囲気下で
冷却板１９，２０とガス仕切板１３，１４との間に介在
している気水仕切板１７，１８を透過し、反応ガス供給
流路１５，１６内に入り込む。反応ガス供給流路１５，
１６表面に到達した冷却水は蒸発し、反応ガス中に水蒸
気として拡散供給される。このため、反応ガスは適度に
加湿され、反応ガス中の水蒸気が凝縮することはない。
かくして燃料電池外部で別途反応ガスを加湿する必要が
なくなるとともに、電解質電極接合体を加湿水蒸気の凝
縮水により水没させることなく電解質の含水率を高く保
ち得、イオン導電性を高く保つことができる。さらに、
反応ガス中の湿度が局所的な燃料電池の温度、圧力によ
り制御されるため、燃料電池積層体を構成する場合、単
位燃料電池それぞれの温度及び圧力がすべて同じである
必要がなくなる。したがって、冷却水の循環流路にそっ
て単位燃料電池の温度が上昇しても構わないので、燃料
電池積層体に導入する冷却水の入口、出口温度差を大き
くとることができ、冷却水循環用ポンプ動力が小さくて
すみ、冷却機構も含めた発電システムの効率が上昇す
る。なお、本発明は上述した実施例に限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施
可能であるのは勿論である。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、ガス仕切板に設けた反
応ガス供給流路と冷却板に設けた冷却水供給流路とが水
透過性の気水仕切板によって仕切られているため、冷却
水供給流路中を循環通流する冷却水により、燃料電池の
冷却が行なわれると共に、冷却水の一部が気水仕切板を
透過し、反応ガス中に蒸気として拡散供給され反応ガス
の加湿が行なわれる。かくして燃料電池の温度、圧力条
件下で調和のとれた燃料電池の冷却と反応ガスの加湿を
精度良く行なうことができ、反応ガス中の水蒸気の凝縮
を防ぐことができ、発電効率のよい固体高分子型燃料電
池を提供できる。
応ガス供給流路と冷却板に設けた冷却水供給流路とが水
透過性の気水仕切板によって仕切られているため、冷却
水供給流路中を循環通流する冷却水により、燃料電池の
冷却が行なわれると共に、冷却水の一部が気水仕切板を
透過し、反応ガス中に蒸気として拡散供給され反応ガス
の加湿が行なわれる。かくして燃料電池の温度、圧力条
件下で調和のとれた燃料電池の冷却と反応ガスの加湿を
精度良く行なうことができ、反応ガス中の水蒸気の凝縮
を防ぐことができ、発電効率のよい固体高分子型燃料電
池を提供できる。
【図１】本発明の一実施例に係る固体高分子型燃料電池
の構成を切断して示す斜視図。
の構成を切断して示す斜視図。
【図２】従来の燃料電池の構成を切断して示す斜視図。
１０…電解質 １１，１２…電
極 １３，１４…ガス仕切板 １５，１６…反
応ガス供給流路 １７，１８…気水仕切板 １９，２０…冷
却板 ２１，２２…冷却水供給流路
極 １３，１４…ガス仕切板 １５，１６…反
応ガス供給流路 １７，１８…気水仕切板 １９，２０…冷
却板 ２１，２２…冷却水供給流路
Claims (1)
- 【請求項１】電解質とこの電解質を挟むように配置され
た一対の電極とからなる電解質電極接合体と、 この電解質電極接合体の両側に配置されガス不透過性部
材で形成された一対のガス仕切板と、 この一対のガス仕切板内にそれぞれ形成されかつ一部が
前記電解質電極接合体に接する如く設けられた反応ガス
供給流路と、 この反応ガス供給流路の壁面の一部をなす如く一側面を
上記反応ガス供給流路に臨ませて設けられた水透過性の
気水仕切板と、 この気水仕切板の他側面が壁面の一部をなす如く設けら
れた冷却水供給流路と、 を備えてなることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5052704A JPH06267560A (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | 固体高分子型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5052704A JPH06267560A (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | 固体高分子型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06267560A true JPH06267560A (ja) | 1994-09-22 |
Family
ID=12922286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5052704A Withdrawn JPH06267560A (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | 固体高分子型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06267560A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997033331A1 (de) * | 1996-03-06 | 1997-09-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Brennstoffzelle mit interner befeuchtung |
| WO1999005740A1 (en) * | 1997-07-23 | 1999-02-04 | Plug Power Inc. | Fuel cell membrane hydration and fluid metering |
| JP2003059513A (ja) * | 2002-02-12 | 2003-02-28 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池のセパレータ |
| WO2004079843A1 (ja) * | 2003-03-05 | 2004-09-16 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | 燃料電池、燃料電池用酸化剤配流板 |
-
1993
- 1993-03-12 JP JP5052704A patent/JPH06267560A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997033331A1 (de) * | 1996-03-06 | 1997-09-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Brennstoffzelle mit interner befeuchtung |
| WO1999005740A1 (en) * | 1997-07-23 | 1999-02-04 | Plug Power Inc. | Fuel cell membrane hydration and fluid metering |
| US5998054A (en) * | 1997-07-23 | 1999-12-07 | Plug Power, L.L.C. | Fuel cell membrane hydration and fluid metering |
| US6528198B1 (en) | 1997-07-23 | 2003-03-04 | Plug Power, Inc. | Fuel cell membrane hydration and fluid metering |
| JP2003059513A (ja) * | 2002-02-12 | 2003-02-28 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池のセパレータ |
| WO2004079843A1 (ja) * | 2003-03-05 | 2004-09-16 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | 燃料電池、燃料電池用酸化剤配流板 |
| CN100428550C (zh) * | 2003-03-05 | 2008-10-22 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池,燃料电池用氧化剂流场板 |
| US7820334B2 (en) | 2003-03-05 | 2010-10-26 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Fuel cell and oxidant distribution plate for fuel cell |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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