JP2000067885A - 燃料電池 - Google Patents
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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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 冷却水流路の新しい構造を提案し、燃料電池
を小型化する。 【解決手段】 固体高分子電解質膜１２をアノード１１
とカソード１３の一対の電極で挟持した電極ユニット１
０と燃料ガスまたは酸化剤ガスのガス流路を有する四角
形薄板状であるセパレータ１からなる燃料電池におい
て、前記セパレータ１の一方の面に燃料ガス流路３を他
方の面に酸化剤ガス流路２を設け、両面のガス流路と同
一平面の両端部に冷却水流路４を設けた燃料電池。
を小型化する。 【解決手段】 固体高分子電解質膜１２をアノード１１
とカソード１３の一対の電極で挟持した電極ユニット１
０と燃料ガスまたは酸化剤ガスのガス流路を有する四角
形薄板状であるセパレータ１からなる燃料電池におい
て、前記セパレータ１の一方の面に燃料ガス流路３を他
方の面に酸化剤ガス流路２を設け、両面のガス流路と同
一平面の両端部に冷却水流路４を設けた燃料電池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、水素を主成分とする燃料ガ
スと酸素を含有する酸化剤ガスを用いて電気化学反応に
より発電するものである。前記電気化学反応の結果排出
される物質は水のみでありクリーンな発電装置として注
目されている。
スと酸素を含有する酸化剤ガスを用いて電気化学反応に
より発電するものである。前記電気化学反応の結果排出
される物質は水のみでありクリーンな発電装置として注
目されている。
【０００３】前記燃料電池は、一般的に多数のセルが積
層されており、該セルは、二つの電極（アノードとカソ
ード）で電解質を挟持した電極ユニットを、燃料ガスま
たは酸化剤ガスのガス流路を有するセパレータで挟持し
た構造をしている。
層されており、該セルは、二つの電極（アノードとカソ
ード）で電解質を挟持した電極ユニットを、燃料ガスま
たは酸化剤ガスのガス流路を有するセパレータで挟持し
た構造をしている。
【０００４】前記アノードでは水素ガスが触媒に接触す
ることにより下記の反応が生ずる。
ることにより下記の反応が生ずる。
【０００５】２Ｈ２ → ４Ｈ＋ ＋４ｅ− Ｈ＋は、電解質中を移動しカソード触媒に達し空気中の
酸素と反応して水となる。
酸素と反応して水となる。
【０００６】４Ｈ＋ ＋４ｅ− ＋Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ 上記の反応により起電力が生ずる。前記反応は発熱反応
であるので冷却する必要があり、前記セパレータに冷却
水流路を設けることが一般的に行われている。
であるので冷却する必要があり、前記セパレータに冷却
水流路を設けることが一般的に行われている。
【０００７】従来技術として、特開平９−９２３０９号
公報及び特開平９−１６７６２３号公報には、前記セパ
レータの電極ユニットに面した面の反対の面即ち前記セ
ルの両側に冷却水流路が設けられている燃料電池が開示
されている。
公報及び特開平９−１６７６２３号公報には、前記セパ
レータの電極ユニットに面した面の反対の面即ち前記セ
ルの両側に冷却水流路が設けられている燃料電池が開示
されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術は、前記セルが複数積層されて燃料電池として構成さ
れるので、前記セル間に冷却水流路が設けられる形とな
り、積層方向の長さが長くなり燃料電池の大きさが大き
くなる問題点を有している。
術は、前記セルが複数積層されて燃料電池として構成さ
れるので、前記セル間に冷却水流路が設けられる形とな
り、積層方向の長さが長くなり燃料電池の大きさが大き
くなる問題点を有している。
【０００９】本発明は上記課題を解決したもので、冷却
水流路の新しい構造を提案し小型の燃料電池を提供す
る。
水流路の新しい構造を提案し小型の燃料電池を提供す
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、電解質をア
ノードとカソードの一対の電極で挟持した電極ユニット
と燃料ガスまたは酸化剤ガスのガス流路を有する四角形
薄板状であるセパレータからなる燃料電池において、前
記セパレータの一方の面に燃料ガス流路を他方の面に酸
化剤ガス流路を設け、両面のガス流路と同一平面の両端
部に冷却水流路を設けたことを特徴とする燃料電池であ
る。
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、電解質をア
ノードとカソードの一対の電極で挟持した電極ユニット
と燃料ガスまたは酸化剤ガスのガス流路を有する四角形
薄板状であるセパレータからなる燃料電池において、前
記セパレータの一方の面に燃料ガス流路を他方の面に酸
化剤ガス流路を設け、両面のガス流路と同一平面の両端
部に冷却水流路を設けたことを特徴とする燃料電池であ
る。
【００１１】上記第１の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００１２】即ち、一つのセパレータの両面に燃料ガス
と酸化剤ガスのガス流路を設け、冷却水流路を前記セパ
レータの同一平面に設けたので、前記セパレータの厚さ
を薄くすることができ、前記セパレータを積層した燃料
電池を小型化することができる。
と酸化剤ガスのガス流路を設け、冷却水流路を前記セパ
レータの同一平面に設けたので、前記セパレータの厚さ
を薄くすることができ、前記セパレータを積層した燃料
電池を小型化することができる。
【００１３】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記セパレータの平面形状が
長方形であり、該セパレータの長手方向に沿う両端部の
両面に前記冷却水流路を設けたことを特徴とする請求項
１記載の燃料電池である。
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記セパレータの平面形状が
長方形であり、該セパレータの長手方向に沿う両端部の
両面に前記冷却水流路を設けたことを特徴とする請求項
１記載の燃料電池である。
【００１４】上記第２の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００１５】即ち、冷却水流路と電極の距離を短くする
ことができるので電極で発生した熱を効率的に冷却水に
伝えることができる。
ことができるので電極で発生した熱を効率的に冷却水に
伝えることができる。
【００１６】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記セパレータの前記冷却水
流路を該セパレータの一方の面のみに設けたことを特徴
とする請求項１記載の燃料電池である。
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記セパレータの前記冷却水
流路を該セパレータの一方の面のみに設けたことを特徴
とする請求項１記載の燃料電池である。
【００１７】上記第３の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００１８】即ち、冷却の効率を上げることができ、且
つ冷却水流路が半分になるのでセパレータを製作するコ
ストが低下し、低コストの燃料電池ができる。
つ冷却水流路が半分になるのでセパレータを製作するコ
ストが低下し、低コストの燃料電池ができる。
【００１９】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、前記セパレータの前記冷却水
流路が溝形状であることを特徴とする請求項１記載の燃
料電池である。
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、前記セパレータの前記冷却水
流路が溝形状であることを特徴とする請求項１記載の燃
料電池である。
【００２０】上記第４の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２１】即ち、前記セパレータと冷却水接触面積を
増やし、且つ流れもよくすることができるので冷却効率
を上げることができる。
増やし、且つ流れもよくすることができるので冷却効率
を上げることができる。
【００２２】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、前記セパレータの材料が、ア
ルミニウム、ステンレスまたはチタンであることを特徴
とする請求項１記載の燃料電池である。
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、前記セパレータの材料が、ア
ルミニウム、ステンレスまたはチタンであることを特徴
とする請求項１記載の燃料電池である。
【００２３】上記第５の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２４】即ち、従来一般的に使用されているガーボ
ンに比べて熱伝導率の大きい上記材料を使用することに
より、冷却水流路による冷却効率を上げることができ
る。
ンに比べて熱伝導率の大きい上記材料を使用することに
より、冷却水流路による冷却効率を上げることができ
る。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。
図面に基づいて説明する。
【００２６】図１及び図２は、本発明の第１実施例の自
動車等の車載用固体高分子電解質型燃料電池に使用した
セパレータ１のカソードに面した側（以下、カソード面
と称する。）及びアノードに面した側（以下、アノード
面と称する。）の平面図である。
動車等の車載用固体高分子電解質型燃料電池に使用した
セパレータ１のカソードに面した側（以下、カソード面
と称する。）及びアノードに面した側（以下、アノード
面と称する。）の平面図である。
【００２７】前記セパレータ１の形状は上下に長い長方
形の薄板であり、材質はアルミニウムである。材質は、
カソード及びアノードで発生した熱を冷却水に早く伝え
る必要があるため熱伝導率の大きいアルミニウムがよい
が、ステンレスやチタンでもよい。これらの材料は耐食
性に優れており、且つセパレータに一般的に使われるカ
ーボンより熱伝導率が大きい。
形の薄板であり、材質はアルミニウムである。材質は、
カソード及びアノードで発生した熱を冷却水に早く伝え
る必要があるため熱伝導率の大きいアルミニウムがよい
が、ステンレスやチタンでもよい。これらの材料は耐食
性に優れており、且つセパレータに一般的に使われるカ
ーボンより熱伝導率が大きい。
【００２８】前記カソード面１ａの中央には酸化剤ガス
流路２が設けられ、該酸化剤ガス流路２の左右に冷却水
流路４が設けられている。
流路２が設けられ、該酸化剤ガス流路２の左右に冷却水
流路４が設けられている。
【００２９】前記アノード面１ｂの中央には燃料ガス流
路３が設けられ、この面には冷却水流路は設けられてい
ない。
路３が設けられ、この面には冷却水流路は設けられてい
ない。
【００３０】前記セパレータ１の上部の左右の前記冷却
水流路４に対応した場所に冷却水が流入する冷却水入口
マニホールド５ａが設けられ、前記セパレータ１の下部
の左右の前記冷却水流路４に対応した場所に冷却水が流
出する冷却水出口マニホールド５ｂが設けられている。
水流路４に対応した場所に冷却水が流入する冷却水入口
マニホールド５ａが設けられ、前記セパレータ１の下部
の左右の前記冷却水流路４に対応した場所に冷却水が流
出する冷却水出口マニホールド５ｂが設けられている。
【００３１】前記セパレータ１の上部には、酸化剤ガス
入口マニホールド６ａ及び燃料ガス入口マニホールド７
ａが設けられ、前記セパレータ１の下部には、酸化剤ガ
ス出口マニホールド６ｂ及び燃料ガス出口マニホールド
７ｂが設けられている。
入口マニホールド６ａ及び燃料ガス入口マニホールド７
ａが設けられ、前記セパレータ１の下部には、酸化剤ガ
ス出口マニホールド６ｂ及び燃料ガス出口マニホールド
７ｂが設けられている。
【００３２】前記セパレータ１が多数積層されて燃料電
池を構成しているので、前記各マニホールド同士は連通
してそれぞれ一つの管のようになっている。なお、酸化
剤ガス、燃料ガス及び冷却水の漏れを防止するために前
記セパレータ１間及び各マニホールド、流路間はシール
されている。
池を構成しているので、前記各マニホールド同士は連通
してそれぞれ一つの管のようになっている。なお、酸化
剤ガス、燃料ガス及び冷却水の漏れを防止するために前
記セパレータ１間及び各マニホールド、流路間はシール
されている。
【００３３】酸化剤ガスは、前記酸化剤ガス入口マニホ
ールド６ａから酸化剤ガス入口８ａを通って前記酸化剤
ガス流路２に入り、該酸化剤ガス流路２を通過する間に
前記酸化剤ガス中の酸素がカソードで電極反応に供さ
れ、残ったガスは酸化剤ガス出口８ｂから前記酸化剤ガ
ス出口マニホールド６ｂに排出される。
ールド６ａから酸化剤ガス入口８ａを通って前記酸化剤
ガス流路２に入り、該酸化剤ガス流路２を通過する間に
前記酸化剤ガス中の酸素がカソードで電極反応に供さ
れ、残ったガスは酸化剤ガス出口８ｂから前記酸化剤ガ
ス出口マニホールド６ｂに排出される。
【００３４】燃料ガスは、前記燃料ガス入口マニホール
ド７ａから燃料ガス入口９ａを通って前記燃料ガス流路
３に入り、該燃料ガス流路３を通過する間に前記燃料ガ
ス中の水素がアノードで電極反応に供され、残ったガス
は燃料ガス出口９ｂから前記酸化剤ガス出口マニホール
ド６ｂに排出される。
ド７ａから燃料ガス入口９ａを通って前記燃料ガス流路
３に入り、該燃料ガス流路３を通過する間に前記燃料ガ
ス中の水素がアノードで電極反応に供され、残ったガス
は燃料ガス出口９ｂから前記酸化剤ガス出口マニホール
ド６ｂに排出される。
【００３５】冷却水は、前記冷却水入口マニホールド５
ａから冷却水流路４を通り前記冷却水出口マニホールド
５ｂに排出される。電極で発生する熱は、酸化剤ガス流
路２、燃料ガス流路３及び冷却水流路４を介して冷却水
で冷却される。
ａから冷却水流路４を通り前記冷却水出口マニホールド
５ｂに排出される。電極で発生する熱は、酸化剤ガス流
路２、燃料ガス流路３及び冷却水流路４を介して冷却水
で冷却される。
【００３６】なお、本実施例では、冷却水流路を酸化剤
ガスと同一の面に設けてあるが、燃料ガス流路を設けた
面と同一の面に設けてもよい。
ガスと同一の面に設けてあるが、燃料ガス流路を設けた
面と同一の面に設けてもよい。
【００３７】図３は、本発明の第１実施例のセパレータ
の一方の面に溝形状の冷却水流路を設けた固体高分子電
解質型燃料電池の横分解断面図である。図１のＡＡ断面
部で示してある。
の一方の面に溝形状の冷却水流路を設けた固体高分子電
解質型燃料電池の横分解断面図である。図１のＡＡ断面
部で示してある。
【００３８】１０は、固体高分子電解質膜１２をアノー
ド１１とカソード１３で挟持してホットプレスで接合し
た電極ユニットである。
ド１１とカソード１３で挟持してホットプレスで接合し
た電極ユニットである。
【００３９】前記電極ユニット１０とセパレータ１を交
互に積層して燃料電池が構成されている。前記電極ユニ
ット１０間には前記セパレータ１は一つだけでよく冷却
水のためのセパレータを積層する必要がないため前記燃
料電池の積層方向の長さが短くなるため小型の燃料電池
ができる。
互に積層して燃料電池が構成されている。前記電極ユニ
ット１０間には前記セパレータ１は一つだけでよく冷却
水のためのセパレータを積層する必要がないため前記燃
料電池の積層方向の長さが短くなるため小型の燃料電池
ができる。
【００４０】なお、セパレータ１はわかりやすくするた
め実際より厚さを強調して図示されている。
め実際より厚さを強調して図示されている。
【００４１】図４〜７は、冷却水流路の構造が異なる変
形実施例の固体高分子電解質型燃料電池の横分解断面図
である。図３と同じく図１のＡＡ断面部に相当する部分
で示してある。
形実施例の固体高分子電解質型燃料電池の横分解断面図
である。図３と同じく図１のＡＡ断面部に相当する部分
で示してある。
【００４２】図４は、セパレータ１Ａの両面に溝形状の
冷却水流路４ａを設けた第２実施例の固体高分子電解質
型燃料電池の横分解断面図である。冷却水と接触する面
積が増加するので冷却の効率を上げることができる。
冷却水流路４ａを設けた第２実施例の固体高分子電解質
型燃料電池の横分解断面図である。冷却水と接触する面
積が増加するので冷却の効率を上げることができる。
【００４３】図５は、セパレータ１Ｂの両面に一つの凹
部断面形状の冷却水流路４ｂを設けた第３実施例の固体
高分子電解質型燃料電池の横分解断面図である。前記第
２実施例に比べて冷却水流路を製作することが容易であ
る。
部断面形状の冷却水流路４ｂを設けた第３実施例の固体
高分子電解質型燃料電池の横分解断面図である。前記第
２実施例に比べて冷却水流路を製作することが容易であ
る。
【００４４】図６は、セパレータ１Ｃの一方の面に一つ
の凹部断面形状の冷却水流路４ｃを設けた第４実施例の
固体高分子電解質型燃料電池の横分解断面図である。前
記第３実施例に比べて更に冷却水流路を製作することが
容易である。
の凹部断面形状の冷却水流路４ｃを設けた第４実施例の
固体高分子電解質型燃料電池の横分解断面図である。前
記第３実施例に比べて更に冷却水流路を製作することが
容易である。
【００４５】図７は、セパレータ１Ｄの一方の面に溝形
状の冷却水流路４ｄを設け、もう一方の面に一つの凹部
断面形状の冷却水流路４ｅを設けた第５実施例の固体高
分子電解質型燃料電池の横分解断面図である。冷却水量
を多くし、且つ前記セパレータと冷却水の接触面積を増
やすことができるので冷却効率を上げることができる。
状の冷却水流路４ｄを設け、もう一方の面に一つの凹部
断面形状の冷却水流路４ｅを設けた第５実施例の固体高
分子電解質型燃料電池の横分解断面図である。冷却水量
を多くし、且つ前記セパレータと冷却水の接触面積を増
やすことができるので冷却効率を上げることができる。
【００４６】
【発明の効果】以上のように、本発明は、電解質をアノ
ードとカソードの一対の電極で挟持した電極ユニットと
燃料ガスまたは酸化剤ガスのガス流路を有する四角形薄
板状であるセパレータからなる燃料電池において、前記
セパレータの一方の面に燃料ガス流路を他方の面に酸化
剤ガス流路を設け、両面のガス流路と同一平面の両端部
に冷却水流路を設けたことを特徴とする燃料電池である
ので、前記セパレータの積層方向の長さを短くすること
ができ、燃料電池を小型化することができる。
ードとカソードの一対の電極で挟持した電極ユニットと
燃料ガスまたは酸化剤ガスのガス流路を有する四角形薄
板状であるセパレータからなる燃料電池において、前記
セパレータの一方の面に燃料ガス流路を他方の面に酸化
剤ガス流路を設け、両面のガス流路と同一平面の両端部
に冷却水流路を設けたことを特徴とする燃料電池である
ので、前記セパレータの積層方向の長さを短くすること
ができ、燃料電池を小型化することができる。
【図１】本発明の第１実施例の自動車等の車載用固体高
分子電解質型燃料電池に使用したセパレータのカソード
面の平面図
分子電解質型燃料電池に使用したセパレータのカソード
面の平面図
【図２】本発明の第１実施例の自動車等の車載用固体高
分子電解質型燃料電池に使用したセパレータのアノード
面の平面図
分子電解質型燃料電池に使用したセパレータのアノード
面の平面図
【図３】本発明の第１実施例のセパレータの一方の面に
溝形状の冷却水流路を設けた固体高分子電解質型燃料電
池の横分解断面図
溝形状の冷却水流路を設けた固体高分子電解質型燃料電
池の横分解断面図
【図４】本発明の第２実施例のセパレータの両面に溝形
状の冷却水流路を設けた固体高分子電解質型燃料電池の
横分解断面図
状の冷却水流路を設けた固体高分子電解質型燃料電池の
横分解断面図
【図５】本発明の第３実施例のセパレータの両面に一つ
の凹部断面形状の冷却水流路を設けた固体高分子電解質
型燃料電池の横分解断面図
の凹部断面形状の冷却水流路を設けた固体高分子電解質
型燃料電池の横分解断面図
【図６】本発明の第４実施例のセパレータの一方の面に
一つの凹部断面形状の冷却水流路を設けた固体高分子電
解質型燃料電池の横分解断面図
一つの凹部断面形状の冷却水流路を設けた固体高分子電
解質型燃料電池の横分解断面図
【図７】本発明の第５実施例のセパレータの一方の面に
一つの凹部断面形状の冷却水流路を設け、もう一方の面
に溝形状の冷却水流路を設けた固体高分子電解質型燃料
電池の横分解断面図
一つの凹部断面形状の冷却水流路を設け、もう一方の面
に溝形状の冷却水流路を設けた固体高分子電解質型燃料
電池の横分解断面図
１…セパレータ ２…酸化剤ガス流路 ３…燃料ガス流路 ４…冷却水流路 １０…電極ユニット １１…アノード １２…固体高分子電解質膜 １３…カソード
Claims (5)
- 【請求項１】 電解質をアノードとカソードの一対の電
極で挟持した電極ユニットと燃料ガスまたは酸化剤ガス
のガス流路を有する四角形薄板状であるセパレータから
なる燃料電池において、前記セパレータの一方の面に燃
料ガス流路を他方の面に酸化剤ガス流路を設け、両面の
ガス流路と同一平面の両端部に冷却水流路を設けたこと
を特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 前記セパレータの平面形状が長方形であ
り、該セパレータの長手方向に沿う両端部の両面に前記
冷却水流路を設けたことを特徴とする請求項１記載の燃
料電池。 - 【請求項３】 前記セパレータの前記冷却水流路を該セ
パレータの一方の面のみに設けたことを特徴とする請求
項１記載の燃料電池。 - 【請求項４】 前記セパレータの前記冷却水流路が溝形
状であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。 - 【請求項５】 前記セパレータの材料が、アルミニウ
ム、ステンレスまたはチタンであることを特徴とする請
求項１記載の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10240744A JP2000067885A (ja) | 1998-08-26 | 1998-08-26 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10240744A JP2000067885A (ja) | 1998-08-26 | 1998-08-26 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000067885A true JP2000067885A (ja) | 2000-03-03 |
Family
ID=17064066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10240744A Pending JP2000067885A (ja) | 1998-08-26 | 1998-08-26 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000067885A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1998
- 1998-08-26 JP JP10240744A patent/JP2000067885A/ja active Pending
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