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JPH0935729A - Phosphoric acid fuel cell - Google Patents

Phosphoric acid fuel cell

Info

Publication number
JPH0935729A
JPH0935729A JP7186769A JP18676995A JPH0935729A JP H0935729 A JPH0935729 A JP H0935729A JP 7186769 A JP7186769 A JP 7186769A JP 18676995 A JP18676995 A JP 18676995A JP H0935729 A JPH0935729 A JP H0935729A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
phosphoric acid
fuel cell
gas flow
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7186769A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Oka
嘉弘 岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP7186769A priority Critical patent/JPH0935729A/en
Publication of JPH0935729A publication Critical patent/JPH0935729A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、リン酸型燃料電池
の、発電運転時に飛散するリン酸の回収構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phosphoric acid fuel cell structure for recovering phosphoric acid scattered during power generation operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】リン酸型燃料電池は水素と酸素を供給
し、電気化学反応により直接電気をとりだす発電装置で
ある。図5は、この種のリン酸型燃料電池に従来より用
いられている単電池の基本構成を示す分解斜視図であ
る。図に見られるように、電解質であるリン酸を担持す
るマトリックス3を、親水性の多孔質カーボンペーパー
よりなる酸化剤極基材11と酸化剤極触媒層12とによ
り形成される平板状の酸化剤電極1と、親水性の多孔質
カーボンペーパーよりなる燃料極基材21と燃料極触媒
層22とにより形成される平板状の燃料電極2とで挟持
し、その両主面に、酸化剤ガスを通流するガス通流溝6
を有する多孔質カーボンよりなる酸化剤極カーボン板4
と、燃料ガスを通流するガス通流溝9を有する多孔質カ
ーボンよりなる燃料極カーボン板5とを配し、これらを
積層して単電池が形成されている。
2. Description of the Related Art A phosphoric acid fuel cell is a power generator that supplies hydrogen and oxygen and directly produces electricity by an electrochemical reaction. FIG. 5 is an exploded perspective view showing the basic structure of a unit cell conventionally used for this type of phosphoric acid fuel cell. As shown in the figure, the matrix 3 supporting the phosphoric acid as the electrolyte is flatly oxidized by the oxidant electrode base material 11 made of hydrophilic porous carbon paper and the oxidant electrode catalyst layer 12. It is sandwiched between the agent electrode 1 and a flat plate-shaped fuel electrode 2 formed of a fuel electrode base material 21 made of hydrophilic porous carbon paper and a fuel electrode catalyst layer 22, and an oxidant gas is provided on both main surfaces thereof. Gas flow groove 6 that flows through
Oxidizer pole carbon plate 4 made of porous carbon having
And a fuel electrode carbon plate 5 made of porous carbon having a gas flow groove 9 through which a fuel gas flows, and these are stacked to form a unit cell.

【0003】図6は、図5に示した単電池に用いられて
いる酸化剤極カーボン板4のガス通流溝6の構成を示す
平面図で、反応ガス、即ち酸化剤ガスの入口となる側面
から出口となる相対する側面へと複数の直線状のリブ7
を配置することにより、それぞれのリブ7の間に直線状
のガス通流溝6が形成されている。燃料極カーボン板5
にも同様に直線状のガス通流溝9が形成されている。な
お、酸化剤極カーボン板4および燃料極カーボン板5
は、このように形成されたガス通流溝6およびガス通流
溝9によって反応ガスを通流する役割を果たすばかりで
なく、多孔質カーボンを用いることによりリン酸を貯蔵
する役割を果たし、さらに発電にともない飛散するリン
酸を回収する役割を果たす。
FIG. 6 is a plan view showing the structure of the gas flow groove 6 of the oxidant electrode carbon plate 4 used in the unit cell shown in FIG. 5, which serves as an inlet for a reaction gas, that is, an oxidant gas. A plurality of linear ribs 7 from the side surface to the opposite side surface that serves as the outlet.
By arranging, the linear gas flow grooves 6 are formed between the respective ribs 7. Fuel electrode carbon plate 5
Similarly, a linear gas flow groove 9 is also formed in this. In addition, the oxidizer electrode carbon plate 4 and the fuel electrode carbon plate 5
Not only plays a role of passing the reaction gas through the gas flow groove 6 and the gas flow groove 9 thus formed, but also plays a role of storing phosphoric acid by using porous carbon. It plays the role of collecting phosphoric acid that scatters during power generation.

【0004】従来のリン酸型燃料電池では、このように
形成された単電池を積層して燃料電池積層体を形成し、
その各側面にマニホールドを組み込んで、酸化剤ガスお
よび燃料ガスを供給、排出することにより、各単電池で
電気化学反応を生じさせて発電を行っている。
In the conventional phosphoric acid fuel cell, the unit cells thus formed are stacked to form a fuel cell stack,
A manifold is incorporated into each side surface of the unit cell to supply and discharge an oxidant gas and a fuel gas to cause an electrochemical reaction in each unit cell to generate electricity.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このように発電運転に
際して反応ガスを供給すると、反応ガスは電気化学反応
によって消費され、反応生成物が残余の反応ガスととも
に排出される。この際、リン酸の一部は温度上昇にとも
なって蒸発し、飛散して反応生成物に混じって排出され
ることとなる。
When the reaction gas is supplied during the power generation operation as described above, the reaction gas is consumed by the electrochemical reaction, and the reaction product is discharged together with the remaining reaction gas. At this time, part of the phosphoric acid evaporates as the temperature rises, scatters, and is mixed with the reaction product and discharged.

【0006】単電池は側縁部に比べて面内の中央部が温
度が高くなるので、リン酸は中央部で多量に蒸発し、例
えば酸化剤極カーボン板4のガス通流溝6を通って下流
側へと導かれる。ガス通流溝6は直線状に形成されてい
るので、反応排出ガスは円滑に流れて外部に取り出され
ることとなるが、蒸発したリン酸の一部は、下流側の温
度が相対的に低い側縁部において再凝縮する。したがっ
て、発電運転の継続とともに、リン酸が下流側側縁部に
集中して累積し、酸化剤極カーボン板4あるいは燃料極
カーボン板5を形成している多孔質カーボンの気孔を埋
めていくこととなり、また同時に、酸化剤極基材11あ
るいは燃料極基材21を形成している多孔質カーボンペ
ーパーの気孔を埋めていくこととなる。
Since the temperature in the central portion of the surface of the unit cell is higher than that in the side edge portion, a large amount of phosphoric acid evaporates in the central portion and passes through the gas flow groove 6 of the oxidizer electrode carbon plate 4, for example. And is led to the downstream side. Since the gas flow groove 6 is formed linearly, the reaction exhaust gas flows smoothly and is taken out to the outside, but a part of the evaporated phosphoric acid has a relatively low temperature on the downstream side. Recondenses at the side edges. Therefore, as the power generation operation continues, phosphoric acid concentrates and accumulates on the downstream side edge portion and fills the pores of the porous carbon forming the oxidizer electrode carbon plate 4 or the fuel electrode carbon plate 5. At the same time, the pores of the porous carbon paper forming the oxidizer electrode base material 11 or the fuel electrode base material 21 are filled.

【0007】このように集中して気孔の埋め込みが続く
と、多孔質カーボンペーパーの気孔を通して酸化剤極触
媒層12あるいは燃料極触媒層22に供給される反応ガ
スの拡散が阻害され、腐食を生じて損傷したり、電池電
圧が低下してしまう恐れがある。また、上記のようにガ
ス通流溝6は直線状に形成されているので、反応排出ガ
スは円滑に流れて外部に取り出されることとなり、蒸発
したリン酸は大部分が外部に排出されてしまうので、電
池性能を維持するために短い間隔でリン酸を補給する必
要があり、メンテナンスが容易でないという難点があ
る。
When the pores continue to be filled in such a concentrated manner, the diffusion of the reaction gas supplied to the oxidant electrode catalyst layer 12 or the fuel electrode catalyst layer 22 through the pores of the porous carbon paper is hindered and corrosion occurs. There is a risk of damage and damage to the battery voltage. Further, since the gas flow groove 6 is formed in a straight line as described above, the reaction exhaust gas smoothly flows and is taken out to the outside, and most of the evaporated phosphoric acid is discharged to the outside. Therefore, phosphoric acid needs to be replenished at short intervals in order to maintain the battery performance, and maintenance is not easy.

【0008】本発明は、上記のごとき従来技術での難点
を解消し、リン酸の集中再凝縮による損傷の発生の危険
性がなく、かつリン酸の補給間隔が長く、長期に渡り安
定して発電運転できるリン酸型燃料電池を提供すること
を目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems in the prior art, eliminates the risk of damage due to concentrated recondensation of phosphoric acid, has a long phosphoric acid supply interval, and is stable over a long period of time. An object is to provide a phosphoric acid fuel cell capable of power generation operation.

【0009】[0009]

【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、電解質のリン酸を担持する平
板状のマトリックスを平板状の酸化剤電極と燃料電極と
で挟持し、その両主面に、酸化剤ガスを通流するガス通
流路を有する酸化剤極カーボン板と、燃料ガスを通流す
るガス通流路を有する燃料極カーボン板とを配して形成
される単電池を備えるリン酸型燃料電池において、酸化
剤極カーボン板および燃料極カーボン板のガス通流路
を、ガス入口側の端面よりガス出口側の端面に向かう方
向に形成された直線状のガス通流溝と、ガス通流溝を通
流するガスの流れを直交方向へ転流させるようガス通流
溝と直交方向に配置された直線状のガス連通溝とにより
形成することとする。
In order to achieve the above object, in the present invention, a flat plate-shaped matrix carrying phosphoric acid of an electrolyte is sandwiched between a flat plate-shaped oxidant electrode and a fuel electrode, and It is formed by arranging an oxidant electrode carbon plate having a gas flow passage through which an oxidant gas flows and a fuel electrode carbon plate having a gas flow passage through which a fuel gas flows on both main surfaces. In a phosphoric acid fuel cell equipped with a cell, the gas passages of the oxidizer electrode carbon plate and the fuel electrode carbon plate are linear gas passages formed in the direction from the end face on the gas inlet side toward the end face on the gas outlet side. It is formed by a flow groove and a linear gas communication groove arranged in a direction orthogonal to the gas flow groove so as to commutate the gas flow flowing through the gas flow groove in the orthogonal direction.

【0010】さらに、ガス連通溝により区画されるガス
通流溝の通流方向の長さを、ガス入口側よりガス出口側
に行くに従い短くなるよう形成することとする。また、
電解質のリン酸を担持する平板状のマトリックスを、親
水性の多孔質カーボンペーパーよりなる酸化剤極基材と
酸化剤極触媒層とにより形成される平板状の酸化剤電極
と、親水性の多孔質カーボンペーパーよりなる燃料極基
材と燃料極触媒層とにより形成される平板状の燃料電極
とで挟持し、その両主面に、酸化剤ガスを通流するガス
通流路を有する多孔質の酸化剤極カーボン板と、燃料ガ
スを通流するガス通流路を有する多孔質の燃料極カーボ
ン板とを配して形成される単電池を備えるリン酸型燃料
電池において、酸化剤極基材および燃料極基材、あるい
は酸化剤極カーボン板および燃料極カーボン板の少なく
ともいずれか一方に、ガス通流方向と直交する方向に線
状に撥水処理された撥水処理部を備えることとする。
Further, the length of the gas flow groove defined by the gas communication groove in the flow direction is shortened from the gas inlet side toward the gas outlet side. Also,
The tabular matrix supporting the phosphoric acid of the electrolyte is formed into a tabular oxidant electrode formed of an oxidant electrode base material and an oxidant electrode catalyst layer made of hydrophilic porous carbon paper, and a hydrophilic porous substrate. Porous material sandwiched between a fuel electrode base material made of high-quality carbon paper and a flat fuel electrode formed by a fuel electrode catalyst layer, and having gas passages for passing an oxidant gas on both main surfaces thereof. In the phosphoric acid fuel cell including a unit cell formed by arranging the oxidizer electrode carbon plate of (1) and a porous fuel electrode carbon plate having a gas passage for flowing a fuel gas, At least one of the material and the fuel electrode base material, or the oxidizer electrode carbon plate and the fuel electrode carbon plate is provided with a water repellent treatment part that is linearly water repellent in a direction orthogonal to the gas flow direction. To do.

【0011】さらに、設置する線状の撥水処理部の間隔
を、ガス入口側よりガス出口側に行くに従い短くするこ
ととする。
Further, the interval between the linear water-repellent treatment parts to be installed is made shorter from the gas inlet side toward the gas outlet side.

【0012】[0012]

【作用】上記のごとく、酸化剤極カーボン板および燃料
極カーボン板のガス通流路を、反応ガスの流れ方向に形
成された直線状のガス通流溝と、ガス通流溝を通流する
ガスの流れを直交方向へ転流させるようガス通流溝と直
交方向に配置された直線状のガス連通溝とにより形成す
ることとすれば、反応ガスは転流領域に相対的に長時間
滞留することとなる。したがって、発電にともなって蒸
発したリン酸は、下流側の側縁部のみばかりでなく、本
転流領域においても凝縮、回収されることとなる。
As described above, the gas passages of the oxidizer electrode carbon plate and the fuel electrode carbon plate are passed through the straight gas passage groove formed in the flow direction of the reaction gas and the gas passage groove. If the gas flow groove is formed by a gas flow groove and a straight gas communication groove arranged in the orthogonal direction so that the gas flow is commutated in the orthogonal direction, the reaction gas stays in the commutation region for a relatively long time. Will be done. Therefore, the phosphoric acid evaporated due to power generation is condensed and recovered not only in the downstream side edge portion but also in the main commutation region.

【0013】さらに、ガス連通溝により区画されるガス
通流溝の通流方向の長さを、ガス入口側よりガス出口側
に行くに従い短くなるよう形成することとすれば、反応
ガスが相対的に長時間滞留する転流領域が、リン酸蒸気
がより多量となるガス出口側に行くに従い密に配される
こととなるので、発電にともない蒸発したリン酸は、分
散して、より効果的に凝縮、回収されることとなる。
Further, if the length of the gas flow groove defined by the gas communication groove in the flow direction is shortened from the gas inlet side toward the gas outlet side, the reaction gases are relatively Since the commutation region that stays for a long time will be densely distributed as it goes to the gas outlet side where the phosphoric acid vapor becomes larger, the phosphoric acid evaporated during power generation is dispersed and more effective. Will be condensed and collected.

【0014】また、酸化剤極基材および燃料極基材、あ
るいは酸化剤極カーボン板および燃料極カーボン板の少
なくともいずれか一方に、ガス通流方向と直交する方向
に線状に撥水処理された撥水処理部を備えることとすれ
ば、凝縮したリン酸の反応ガスの流れによる下流側への
移動が撥水処理部によって抑制されるので、下流部分へ
の集中堆積が防止される。
Further, at least one of the oxidizer electrode base material and the fuel electrode base material, or at least one of the oxidizer electrode carbon plate and the fuel electrode carbon plate is subjected to a linear water repellent treatment in a direction orthogonal to the gas flow direction. If the water repellent treatment part is provided, the movement of the condensed phosphoric acid to the downstream side due to the flow of the reaction gas is suppressed by the water repellent treatment part, so that the concentrated deposition on the downstream part is prevented.

【0015】さらに、設置する線状の撥水処理部の間隔
を、ガス入口側よりガス出口側に行くに従い短くするこ
ととすれば、温度の低いガス出口側でより多量に凝縮、
回収されるリン酸の反応ガスの流れによる下流側への移
動距離がより小さく抑えられるので、凝縮、回収される
リン酸は分散して堆積されることとなり、長期の運転に
際しても下流部分への集中堆積が防止されることとな
る。
Further, if the interval between the linear water-repellent treatment portions to be installed is shortened from the gas inlet side to the gas outlet side, a larger amount of condensation is generated on the gas outlet side having a lower temperature,
Since the distance traveled to the downstream side by the flow of the recovered phosphoric acid due to the reaction gas is suppressed to a smaller extent, the condensed and recovered phosphoric acid will be dispersed and deposited, and even during long-term operation, it will be transferred to the downstream portion. Concentrated deposition will be prevented.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図1は、本発明のリン酸型燃料電池の第1の実施例
を示す酸化剤極カーボン板の平面図である。図におい
て、酸化剤極カーボン板4Aには、反応ガス即ち酸化剤
ガスの入口側(図中上端部)より出口側(図中下端部)
へ向かう流れ方向に延びる2種類のリブが組み込まれて
おり、上流側の長さの長いリブ7Aと下流側の長さが相
対的に短いリブ7Bとを、流れ方向に間隔を採り、かつ
流れと直交方向にずらせて配置することにより、ガス通
流溝6A、6Bとガス連通溝8Aが形成されている。本
構成においては、入口より供給された反応ガスは、ガス
通流溝6Aを流れ、リブ7Bの上流端に阻止されて転流
し、ガス連通溝8Aを通ったのちガス通流溝6Bを流れ
て出口より排出されることとなる。このとき、反応ガス
は転流領域に相対的に長時間滞留することとなるので、
発電にともない蒸発したリン酸は、本転流領域において
より効果的に凝縮、回収されることとなる。したがっ
て、蒸発したリン酸は最も温度の低い下流側側縁部のみ
でなく、本転流領域においても回収されるので、飛散し
て外部へ排出される割合が低減し、かつ下流側側縁部へ
の集中も緩和されることとなるので、損傷の発生の危険
性が抑制されることとなる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of an oxidizer electrode carbon plate showing a first embodiment of a phosphoric acid fuel cell of the present invention. In the figure, on the oxidizer electrode carbon plate 4A, from the inlet side (upper end portion in the figure) of the reaction gas, that is, the oxidant gas, to the outlet side (lower end portion in the figure).
Two types of ribs extending in the flow direction toward the flow direction are incorporated, and a rib 7A having a long length on the upstream side and a rib 7B having a relatively short length on the downstream side are spaced from each other in the flow direction. The gas flow grooves 6A and 6B and the gas communication groove 8A are formed by arranging the gas flow grooves 6A and 6B in a direction orthogonal to each other. In this configuration, the reaction gas supplied from the inlet flows through the gas flow groove 6A, is blocked by the upstream end of the rib 7B and commutates, flows through the gas communication groove 8A, and then flows through the gas flow groove 6B. It will be discharged from the outlet. At this time, since the reaction gas stays in the commutation region for a relatively long time,
Evaporated phosphoric acid due to power generation is more effectively condensed and recovered in the main commutation region. Therefore, the evaporated phosphoric acid is recovered not only in the downstream side edge portion where the temperature is the lowest, but also in the main commutation region, so that the rate of scattering and discharging to the outside is reduced, and the downstream side edge portion is reduced. Since the concentration on the area will be alleviated, the risk of damage will be suppressed.

【0017】図2は、本発明のリン酸型燃料電池の第2
の実施例を示す酸化剤極基材の平面図である。図におい
て、酸化剤極基材11Aには、反応ガス即ち酸化剤ガス
の入口側(図中上端部)より出口側(図中下端部)へ向
かう流れ方向に直交する方向にポリフルオロエチレンに
よる3本の撥水処理部10が設けられ、その間隔が下流
側ほど短くなるよう配置されている。本構成では、凝縮
されたリン酸は撥水処理部10を通して移動しにくくな
るので、凝縮したリン酸の反応ガスの流れによる下流側
への移動が抑制され、下流部分への集中堆積が防止され
る。したがって、リン酸は分散して保持されることとな
り、下流側側縁部への集中が緩和されるので、損傷の発
生の危険性が抑制されることとなる。
FIG. 2 shows a second embodiment of the phosphoric acid fuel cell of the present invention.
3 is a plan view of an oxidizer electrode base material showing the example of FIG. In the figure, the oxidizer electrode base material 11A is made of polyfluoroethylene in a direction orthogonal to the flow direction of the reaction gas, that is, the oxidant gas from the inlet side (upper end in the figure) toward the outlet side (lower end in the figure). A water repellent treatment part 10 is provided and arranged so that the distance between the book and the water repellent treatment part 10 becomes shorter toward the downstream side. In this configuration, the condensed phosphoric acid becomes difficult to move through the water repellent treatment section 10, so that the condensed phosphoric acid is suppressed from moving to the downstream side due to the flow of the reaction gas, and concentrated deposition on the downstream portion is prevented. It Therefore, the phosphoric acid is dispersed and held, and the concentration on the downstream side edge portion is alleviated, so that the risk of damage is suppressed.

【0018】図3は、本発明のリン酸型燃料電池の第3
の実施例を示す酸化剤極カーボン板の平面図である。図
において、酸化剤極カーボン板4Bには、上流側のリブ
7C、中流部のリブ7D、下流側のリブ7Eが、流れ方
向に間隔を採り、かつ流れと直交方向にずらせて配置さ
れており、これにより、ガス通流溝6C、6D、6Eと
ガス連通溝8B、8Cが形成されている。入口より供給
された反応ガスは、ガス通流溝6Cを流れ、リブ7Dの
上流端に阻止されて転流し、ガス連通溝8Bを通ったの
ちガス通流溝6Dに流れ、さらにリブ7Eの上流端に阻
止されて転流し、ガス連通溝8Cを通ったのちガス通流
溝6Eを流れて出口より排出されることとなる。このと
き、反応ガスは二つの転流領域に相対的に長時間滞留す
ることとなるので、発電にともない蒸発したリン酸は、
これらの転流領域においてより効果的に凝縮、回収され
ることとなる。また、酸化剤極カーボン板4Bには、反
応ガスの流れ方向に直交する方向にポリフルオロエチレ
ンによる2本の撥水処理部10が設けられている。した
がって、上記の転流領域においてより効果的に凝縮、回
収されたリン酸は2本の撥水処理部10で隔てられた各
区間内に保持されることとなるので、リン酸が効果的に
分散して回収、保持されることとなり、長期にわたり安
定して運転できることとなる。
FIG. 3 shows a third embodiment of the phosphoric acid fuel cell of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of an oxidizer electrode carbon plate showing the example of FIG. In the figure, on the oxidizer electrode carbon plate 4B, ribs 7C on the upstream side, ribs 7D on the midstream portion, and ribs 7E on the downstream side are arranged at intervals in the flow direction and offset in the direction orthogonal to the flow. As a result, the gas flow grooves 6C, 6D and 6E and the gas communication grooves 8B and 8C are formed. The reaction gas supplied from the inlet flows through the gas flow groove 6C, is blocked by the upstream end of the rib 7D and commutates, flows through the gas communication groove 8B, then flows into the gas flow groove 6D, and further upstream of the rib 7E. The flow is blocked by the end, commutates, passes through the gas communication groove 8C, then flows through the gas communication groove 6E, and is discharged from the outlet. At this time, since the reaction gas stays in the two commutation regions for a relatively long time, the phosphoric acid evaporated with the power generation is
In these commutation regions, they are more effectively condensed and recovered. Further, the oxidizer electrode carbon plate 4B is provided with two water repellent treatment parts 10 made of polyfluoroethylene in a direction orthogonal to the flow direction of the reaction gas. Therefore, the phosphoric acid condensed and recovered in the above-mentioned commutation region is more effectively retained in each section separated by the two water-repellent treatment sections 10, so that the phosphoric acid is effectively treated. It will be dispersed and collected and retained, and stable operation can be achieved over a long period of time.

【0019】図4は、本発明のリン酸型燃料電池の第4
の実施例を示す酸化剤極カーボン板の平面図である。図
において、酸化剤極カーボン板4Cには、反応ガスの流
れ方向を長手方向として配されたリブ7Fと、反応ガス
の流れ方向に直交する方向をを長手方向として配された
リブ7Gが分散して配置されており、反応ガスは、これ
らのリブにより形成されるガス通流溝とガス連通溝の間
を流れることとなる。図3の実施例と同様に、反応ガス
はガス連通溝の通流に際して相対的に長時間滞留するこ
ととなり、発電にともない蒸発したリン酸は、これらの
転流領域においてより効果的に凝縮、回収されることと
なる。また、酸化剤極カーボン板4Cには反応ガスの流
れ方向に直交する方向に撥水処理部10が設けられてお
り、転流領域においてより効果的に凝縮、回収されたリ
ン酸は撥水処理部10で隔てられた両区間に別々に保持
されることとなるので、リン酸が効果的に分散して回
収、保持され、長期にわたり安定して運転できることと
なる。
FIG. 4 shows the fourth embodiment of the phosphoric acid fuel cell of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of an oxidizer electrode carbon plate showing the example of FIG. In the figure, on the oxidizer electrode carbon plate 4C, ribs 7F arranged in the longitudinal direction of the flow direction of the reaction gas and ribs 7G arranged in the longitudinal direction of the direction orthogonal to the flow direction of the reaction gas are dispersed. The reaction gas flows between the gas communication groove and the gas communication groove formed by these ribs. Similar to the embodiment of FIG. 3, the reaction gas stays for a relatively long time when flowing through the gas communication groove, and the phosphoric acid evaporated due to the power generation is more effectively condensed in these commutation regions, Will be collected. Further, the oxidizer electrode carbon plate 4C is provided with a water repellent treatment portion 10 in a direction orthogonal to the flow direction of the reaction gas, and the phosphoric acid condensed and recovered in the commutation region is treated more effectively. Since it is separately held in both sections separated by the section 10, the phosphoric acid is effectively dispersed and collected and held, and stable operation can be performed for a long period of time.

【0020】なお、上記の第1、第3、第4の実施例に
おいては、いずれも酸化剤極カーボン板を例として示し
たが、酸化剤極カーボン板に限るものではなく、燃料極
カーボン板について同様の手段を講じても同等の効果が
得られることは例示するまでもなく明らかであり、また
第2の実施例の酸化剤極基材に代わって、燃料極基材に
同様の手段を講じても同等の効果が得られることは例示
するまでもなく明らかである。
In each of the above-mentioned first, third and fourth embodiments, the oxidizer electrode carbon plate is shown as an example, but the fuel electrode carbon plate is not limited to the oxidizer electrode carbon plate. It is clear that the same effect can be obtained even if the same means is applied to the fuel electrode base material instead of the oxidizer electrode base material of the second embodiment. It is obvious that the same effect can be obtained even if the measures are taken.

【0021】[0021]

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、上記の
ごとく、リン酸型燃料電池の単電池を構成する酸化剤極
カーボン板および燃料極カーボン板のガス通流路を、反
応ガスの流れ方向に形成された直線状のガス通流溝と、
ガス通流溝を通流するガスの流れを直交方向へ転流させ
るようガス通流溝と直交方向に配置された直線状のガス
連通溝とにより形成することとしたので、発電にともな
い蒸発したリン酸は本転流領域においても凝縮、回収さ
れることとなり、下流側の側縁部のみに集中して凝縮す
ることがなくなったので、リン酸の集中再凝縮による損
傷の発生の危険性がなく、かつリン酸の補給間隔が長
く、長期に渡り安定して発電運転できるリン酸型燃料電
池が得られることとなった。
As described above, according to the present invention, as described above, the gas passages of the oxidizer electrode carbon plate and the fuel electrode carbon plate that constitute the unit cell of the phosphoric acid fuel cell are connected to the reaction gas. A straight gas flow groove formed in the flow direction of
Since the gas flow through the gas flow groove was formed by the gas flow groove and the linear gas communication groove arranged in the orthogonal direction so as to divert the flow of the gas in the orthogonal direction, it evaporated due to power generation. Phosphoric acid will also be condensed and collected in this commutation area, and since it will not be concentrated and condensed only on the downstream side edge, there is a risk of damage due to concentrated recondensation of phosphoric acid. Thus, a phosphoric acid fuel cell that does not have a long supply interval of phosphoric acid and can stably perform power generation for a long time can be obtained.

【0022】さらに、直線状のガス連通溝により区画さ
れる直線状のガス通流溝の通流方向の長さを、ガス入口
側よりガス出口側に行くに従い短くなるよう形成するこ
ととすれば、反応ガスが相対的に長時間滞留する転流領
域が、リン酸蒸気がより多量となるガス出口側に行くに
従い密に配されることとなるので、発電にともない蒸発
したリン酸蒸気は、分散して、より効果的に凝縮、回収
されることとなり、より効果的である。
Further, if the length of the straight gas flow groove defined by the straight gas communication groove in the flow direction becomes shorter from the gas inlet side toward the gas outlet side. , The commutation region in which the reaction gas stays for a relatively long time is densely arranged as it goes to the gas outlet side where the phosphoric acid vapor becomes larger, so the phosphoric acid vapor evaporated with the power generation is It is more effective because it is dispersed and condensed and recovered more effectively.

【0023】また、酸化剤極基材および燃料極基材、あ
るいは酸化剤極カーボン板および燃料極カーボン板の少
なくともいずれか一方に、ガス通流方向と直交する方向
に線状に撥水処理された撥水処理部を備えることとすれ
ば、凝縮したリン酸の反応ガスの流れによる下流側への
移動が撥水処理部によって抑制されるので、下流部分へ
の集中堆積が防止され、反応ガスの拡散の阻害による損
傷の発生の危険性がなく、長期に渡り安定して発電運転
できるリン酸型燃料電池が得られる。
Further, at least one of the oxidizer electrode base material and the fuel electrode base material, or at least one of the oxidizer electrode carbon plate and the fuel electrode carbon plate is subjected to a linear water repellent treatment in a direction orthogonal to the gas flow direction. If the water repellent treatment unit is provided, the movement of the condensed phosphoric acid to the downstream side due to the flow of the reaction gas is suppressed by the water repellent treatment unit, so that concentrated deposition on the downstream portion is prevented and the reaction gas It is possible to obtain a phosphoric acid fuel cell capable of stable power generation operation for a long period of time without the risk of damage due to the inhibition of diffusion of hydrogen.

【0024】さらに、設置する線状の撥水処理部の間隔
を、ガス入口側よりガス出口側に行くに従い短くするこ
ととすれば、温度の低いガス出口側でより多量に凝縮、
回収されるリン酸の反応ガスの流れによる下流側への移
動距離がより小さく抑えられるので、凝縮、回収される
リン酸は分散して堆積されることとなり、長期の運転に
際しても下流部分への集中堆積が防止されるので、反応
ガスの拡散の阻害による損傷の発生の危険性がなく、か
つリン酸の補給間隔が長く、長期に渡り安定して発電運
転できるリン酸型燃料電池が得られることとなる。
Further, if the interval between the linear water-repellent treatment portions to be installed is shortened from the gas inlet side toward the gas outlet side, a larger amount of condensation occurs on the gas outlet side having a lower temperature,
Since the distance traveled to the downstream side by the flow of the recovered phosphoric acid due to the reaction gas is suppressed to a smaller extent, the condensed and recovered phosphoric acid will be dispersed and deposited, and even during long-term operation, it will be transferred to the downstream portion. Since concentrated deposition is prevented, there is no risk of damage due to inhibition of reaction gas diffusion, the phosphoric acid replenishment interval is long, and a phosphoric acid fuel cell capable of stable power generation operation for a long period of time can be obtained. It will be.

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

【図1】本発明のリン酸型燃料電池の第1の実施例を示
す酸化剤極カーボン板の平面図
FIG. 1 is a plan view of an oxidizer electrode carbon plate showing a first embodiment of a phosphoric acid fuel cell of the present invention.

【図2】本発明のリン酸型燃料電池の第2の実施例を示
す酸化剤極基材の平面図
FIG. 2 is a plan view of an oxidizer electrode base material showing a second embodiment of the phosphoric acid fuel cell of the present invention.

【図3】本発明のリン酸型燃料電池の第3の実施例を示
す酸化剤極カーボン板の平面図
FIG. 3 is a plan view of an oxidizer electrode carbon plate showing a phosphoric acid fuel cell according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明のリン酸型燃料電池の第4の実施例を示
す酸化剤極カーボン板の平面図
FIG. 4 is a plan view of an oxidizer electrode carbon plate showing a phosphoric acid fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】この種のリン酸型燃料電池に従来より用いられ
ている単電池の基本構成を示す分解斜視図
FIG. 5 is an exploded perspective view showing a basic configuration of a unit cell that has been conventionally used for this type of phosphoric acid fuel cell.

【図6】図5に示した単電池に用いられている酸化剤極
カーボン板4のガス通流溝6の構成を示す平面図
6 is a plan view showing a configuration of a gas flow groove 6 of an oxidizer electrode carbon plate 4 used in the unit cell shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 酸化剤電極 11,11A 酸化剤極基材 12 酸化剤極触媒層 2 燃料電極 21 燃料極基材 22 燃料極触媒層 3 マトリックス 4,4A 酸化剤極カーボン板 4B,4C 酸化剤極カーボン板 5 燃料極カーボン板 6,6A ガス通流溝 6B,6C ガス通流溝 6D,6E ガス通流溝 7,7A リブ 7B,7C リブ 7D,7E リブ 7F,7G リブ 8,8A ガス連通溝 8B,8C ガス連通溝 9 ガス通流溝 10 撥水処理部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 oxidizer electrode 11, 11A oxidizer electrode base material 12 oxidizer electrode catalyst layer 2 fuel electrode 21 fuel electrode base material 22 fuel electrode catalyst layer 3 matrix 4, 4A oxidizer electrode carbon plate 4B, 4C oxidizer electrode carbon plate 5 Fuel electrode Carbon plate 6,6A Gas flow groove 6B, 6C Gas flow groove 6D, 6E Gas flow groove 7,7A Rib 7B, 7C Rib 7D, 7E Rib 7F, 7G Rib 8,8A Gas communication groove 8B, 8C Gas communication groove 9 Gas flow groove 10 Water repellent treatment part

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電解質のリン酸を担持する平板状のマトリ
ックスを平板状の酸化剤電極と燃料電極とで挟持し、そ
の両主面に、酸化剤ガスを通流するガス通流路を有する
酸化剤極カーボン板と、燃料ガスを通流するガス通流路
を有する燃料極カーボン板とを配して形成される単電池
を備えるリン酸型燃料電池において、酸化剤極カーボン
板および燃料極カーボン板のガス通流路が、ガス入口側
の端面よりガス出口側の端面へ向かう方向に形成された
直線状のガス通流溝と、ガス通流溝を通流するガスの流
れを直交方向へ転流させるようガス通流溝と直交方向に
配置された直線状のガス連通溝とにより形成されている
ことを特徴とするリン酸型燃料電池。
1. A flat plate-shaped matrix that supports phosphoric acid as an electrolyte is sandwiched between a flat plate-shaped oxidant electrode and a fuel electrode, and a gas passage for passing an oxidant gas is provided on both main surfaces thereof. A phosphoric acid fuel cell comprising a single cell formed by arranging an oxidizer electrode carbon plate and a fuel electrode carbon plate having a gas flow passage through which a fuel gas flows. The gas flow path of the carbon plate is a straight gas flow groove formed in the direction from the gas inlet side end surface toward the gas outlet side end surface, and the gas flow through the gas flow groove is orthogonal to the gas flow groove. A phosphoric acid fuel cell, wherein the phosphoric acid fuel cell is formed by a gas communication groove and a straight gas communication groove arranged in a direction orthogonal to the gas communication groove so as to be commutated to.
【請求項2】請求項1に記載のリン酸型燃料電池におい
て、ガス連通溝により区画されるガス通流溝の通流方向
の長さが、ガス入口側よりガス出口側に行くに従い短く
なるよう形成されていることを特徴とするリン酸型燃料
電池。
2. The phosphoric acid fuel cell according to claim 1, wherein the length of the gas flow groove defined by the gas communication groove in the flow direction becomes shorter from the gas inlet side toward the gas outlet side. A phosphoric acid fuel cell characterized by being formed as described above.
【請求項3】電解質のリン酸を担持する平板状のマトリ
ックスを、親水性の多孔質カーボンペーパーよりなる酸
化剤極基材と酸化剤極触媒層とにより形成される平板状
の酸化剤電極と、親水性の多孔質カーボンペーパーより
なる燃料極基材と燃料極触媒層とにより形成される平板
状の燃料電極とで挟持し、その両主面に、酸化剤ガスを
通流するガス通流路を有する多孔質の酸化剤極カーボン
板と、燃料ガスを通流するガス通流路を有する多孔質の
燃料極カーボン板とを配して形成される単電池を備える
リン酸型燃料電池において、酸化剤極基材および燃料極
基材、あるいは酸化剤極カーボン板および燃料極カーボ
ン板の少なくともいずれか一方が、ガス通流方向と直交
する方向に線状に撥水処理された撥水処理部を備えてな
ることを特徴とするリン酸型燃料電池。
3. A flat plate-shaped oxidant electrode formed by a oxidant electrode base material and a oxidant electrode catalyst layer made of hydrophilic porous carbon paper, and having a flat plate-shaped matrix supporting phosphoric acid as an electrolyte. , A gas electrode that is sandwiched between a fuel electrode base material made of hydrophilic porous carbon paper and a fuel electrode catalyst layer formed of a fuel electrode catalyst layer, and has an oxidant gas flow to both main surfaces thereof. In a phosphoric acid fuel cell including a unit cell formed by arranging a porous oxidizer electrode carbon plate having a passage and a porous fuel electrode carbon plate having a gas flow passage through which a fuel gas flows , At least one of the oxidizer electrode base material and the fuel electrode base material, or the oxidizer electrode carbon plate and the fuel electrode carbon plate are linearly water repellent in a direction orthogonal to the gas flow direction. Characterized by comprising a section Phosphoric acid fuel cell.
【請求項4】請求項3に記載のリン酸型燃料電池におい
て、設置される線状の撥水処理部の間隔が、ガス入口側
よりガス出口側に行くに従い短くなるよう形成されてい
ることを特徴とするリン酸型燃料電池。
4. The phosphoric acid fuel cell according to claim 3, wherein the interval between the linear water repellent treatment parts to be installed is formed so as to become shorter from the gas inlet side toward the gas outlet side. And a phosphoric acid fuel cell.
JP7186769A 1995-07-24 1995-07-24 Phosphoric acid fuel cell Pending JPH0935729A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6248466B1 (en) * 1998-04-22 2001-06-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Gas separator for a fuel cell, and fuel cell using the same gas separator for a fuel cell
KR20030035433A (en) * 2001-10-31 2003-05-09 한국전력공사 Current collectors of molten carbonate fuel cell separators
JP2008525979A (en) * 2004-12-29 2008-07-17 ユーティーシー パワー コーポレイション Fuel cell assembly with long life characteristics

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6248466B1 (en) * 1998-04-22 2001-06-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Gas separator for a fuel cell, and fuel cell using the same gas separator for a fuel cell
KR20030035433A (en) * 2001-10-31 2003-05-09 한국전력공사 Current collectors of molten carbonate fuel cell separators
JP2008525979A (en) * 2004-12-29 2008-07-17 ユーティーシー パワー コーポレイション Fuel cell assembly with long life characteristics
JP4806686B2 (en) * 2004-12-29 2011-11-02 ユーティーシー パワー コーポレイション Fuel cell assembly with long life characteristics

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