JPH0888018A - 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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- JPH0888018A JPH0888018A JP6221443A JP22144394A JPH0888018A JP H0888018 A JPH0888018 A JP H0888018A JP 6221443 A JP6221443 A JP 6221443A JP 22144394 A JP22144394 A JP 22144394A JP H0888018 A JPH0888018 A JP H0888018A
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- tightening
- power generation
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- plate
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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
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】全体の大重量化を招くことなく、シール性能の
向上と発電効率の向上とを図れる固体高分子型燃料電池
を提供する。 【構成】中央部に発電部が位置し、この発電部の周囲に
上記発電部へ燃料，酸化剤および冷媒を分配供給するマ
ニホールド部が位置するように発電部を構成する要素お
よびマニホールド部を構成する要素を備えてなる単位電
池を導電性セパレータを介して複数積層してなる燃料電
池積層体２０と、この燃料電池積層体２０を積層方向に
締付ける締付け手段とを備えた固体高分子型燃料電池に
おいて、締付け手段を、マニホールド部が位置する領域
を締付ける第１の締付け手段（２３ａ，２４，２６，５
２）と、発電部が位置する領域を締付ける第２の締付け
手段（２３ａ，２４，２６，５１）とで構成している。
向上と発電効率の向上とを図れる固体高分子型燃料電池
を提供する。 【構成】中央部に発電部が位置し、この発電部の周囲に
上記発電部へ燃料，酸化剤および冷媒を分配供給するマ
ニホールド部が位置するように発電部を構成する要素お
よびマニホールド部を構成する要素を備えてなる単位電
池を導電性セパレータを介して複数積層してなる燃料電
池積層体２０と、この燃料電池積層体２０を積層方向に
締付ける締付け手段とを備えた固体高分子型燃料電池に
おいて、締付け手段を、マニホールド部が位置する領域
を締付ける第１の締付け手段（２３ａ，２４，２６，５
２）と、発電部が位置する領域を締付ける第２の締付け
手段（２３ａ，２４，２６，５１）とで構成している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電解質として高分子イ
オン交換膜を用いる固体高分子型燃料電池に関する。
オン交換膜を用いる固体高分子型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、固体高分子型燃料電池
は、動作温度が低いこと、出力密度が高く小型軽量化で
きること、電解質が固体であるため逸失がないこと、電
解質が腐食性でないので耐久性に富んでいることなどの
多くの利点を備えている。
は、動作温度が低いこと、出力密度が高く小型軽量化で
きること、電解質が固体であるため逸失がないこと、電
解質が腐食性でないので耐久性に富んでいることなどの
多くの利点を備えている。
【０００３】ところで、このような固体高分子型燃料電
池は、単位電池１つ当りの出力電圧が低いため、通常、
図８に示すように、単位電池１を複数個積層した積層構
造に構成されている。
池は、単位電池１つ当りの出力電圧が低いため、通常、
図８に示すように、単位電池１を複数個積層した積層構
造に構成されている。
【０００４】単位電池１は、それぞれ中央部分を除去し
て開口構成に形成された酸化剤通路形成用枠材２と、セ
ル収容枠材３と、燃料通路形成用枠材４と、水透過板収
容枠材５と、水通路形成用枠材６と、導電性セパレータ
板７とを上記順に積層可能に備えるとともに、酸化剤通
路形成用枠材２の開口部８に図９に示すように多孔性導
電材で形成された配流板９を配置し、セル収容枠材３の
開口部１０に図１０に示すように多孔性の酸化剤極１
１、高分子イオン交換膜１２、多孔性の燃料極１３から
なる三層構成のセル１４を配置し、燃料通路形成用枠材
４の開口部１５に図９に示すように多孔性導電材で形成
された配流板９を配置し、水透過板収容枠材５の開口部
１６に図示しない水透過板を配置し、水通路形成用枠材
６の開口部１７に図９に示す構造と同様に形成された図
示しない導電性の配流板を配置し、この状態で各枠材お
よび導電性セパレータ板７を積層したものとなってい
る。
て開口構成に形成された酸化剤通路形成用枠材２と、セ
ル収容枠材３と、燃料通路形成用枠材４と、水透過板収
容枠材５と、水通路形成用枠材６と、導電性セパレータ
板７とを上記順に積層可能に備えるとともに、酸化剤通
路形成用枠材２の開口部８に図９に示すように多孔性導
電材で形成された配流板９を配置し、セル収容枠材３の
開口部１０に図１０に示すように多孔性の酸化剤極１
１、高分子イオン交換膜１２、多孔性の燃料極１３から
なる三層構成のセル１４を配置し、燃料通路形成用枠材
４の開口部１５に図９に示すように多孔性導電材で形成
された配流板９を配置し、水透過板収容枠材５の開口部
１６に図示しない水透過板を配置し、水通路形成用枠材
６の開口部１７に図９に示す構造と同様に形成された図
示しない導電性の配流板を配置し、この状態で各枠材お
よび導電性セパレータ板７を積層したものとなってい
る。
【０００５】なお、酸化剤通路形成用枠材２、セル収容
枠材３、燃料通路形成用枠材４、水透過板収容枠材５、
水通路形成用枠材６は、それぞれ絶縁材で形成されてい
る。また、各枠材および導電性セパレータ板７には、上
記枠材によって形成される酸化剤通路、燃料通路、水通
路にそれぞれ酸化剤、燃料、水を分配供給した後に排出
させるための内部マニホールドを構成する孔１８が積層
方向に重合する関係に形成されている。
枠材３、燃料通路形成用枠材４、水透過板収容枠材５、
水通路形成用枠材６は、それぞれ絶縁材で形成されてい
る。また、各枠材および導電性セパレータ板７には、上
記枠材によって形成される酸化剤通路、燃料通路、水通
路にそれぞれ酸化剤、燃料、水を分配供給した後に排出
させるための内部マニホールドを構成する孔１８が積層
方向に重合する関係に形成されている。
【０００６】このような単位電池１が複数積層されて燃
料電池積層体２０が構成されている。そして、この燃料
電池積層体２０の積層方向に位置する両端面に導電性の
エンドプレート２１，２２が当てがうとともに、これら
エンドプレート２１，２２の外面に図１１(a),(b) に示
すようにエンドプレート２１，２２より幅広な締付け板
２３，２４を当てがい、これら締付け板２３，２４の周
縁部においてばね２５を介在させた条件下で両締付け板
２３，２４を絶縁性のボルト２６で積層方向に締付けた
ものとなっている。
料電池積層体２０が構成されている。そして、この燃料
電池積層体２０の積層方向に位置する両端面に導電性の
エンドプレート２１，２２が当てがうとともに、これら
エンドプレート２１，２２の外面に図１１(a),(b) に示
すようにエンドプレート２１，２２より幅広な締付け板
２３，２４を当てがい、これら締付け板２３，２４の周
縁部においてばね２５を介在させた条件下で両締付け板
２３，２４を絶縁性のボルト２６で積層方向に締付けた
ものとなっている。
【０００７】なお、エンドプレート２１の上面には、燃
料電池積層体２０内の周縁部に前述した孔１８によって
形成されている内部マニホールドに通じる酸化剤供給管
２７、水供給管２８、燃料供給管２９、燃料排出管３
０、水排出管３１、酸化剤排出管３２がエンドプレート
２１に形成された通路に気密に接続された状態で立設し
ている。また、締付け板２３には、上述した供給管およ
び排出管を貫通させるための孔が設けられている。
料電池積層体２０内の周縁部に前述した孔１８によって
形成されている内部マニホールドに通じる酸化剤供給管
２７、水供給管２８、燃料供給管２９、燃料排出管３
０、水排出管３１、酸化剤排出管３２がエンドプレート
２１に形成された通路に気密に接続された状態で立設し
ている。また、締付け板２３には、上述した供給管およ
び排出管を貫通させるための孔が設けられている。
【０００８】上記の説明から判るように、この固体高分
子型燃料電池は、図１１(a) に示すように、破線で囲ま
れた中央部に発電部４１が位置し、この発電部４１の周
囲に発電部４１へ燃料，酸化剤および水を分配供給する
マニホールド部４２が位置した構成となっている。
子型燃料電池は、図１１(a) に示すように、破線で囲ま
れた中央部に発電部４１が位置し、この発電部４１の周
囲に発電部４１へ燃料，酸化剤および水を分配供給する
マニホールド部４２が位置した構成となっている。
【０００９】しかしながら、このように構成された固体
高分子型燃料電池にあっては、次のような問題があっ
た。すなわち、内部マニホールドの圧力を2 〜8kg/cm2
にして運転される高圧型の固体高分子型燃料電池では、
発電部４１、つまり電極の大きさが30cm×30cm程度以上
になると、シール性能を維持するために、発電部４１に
必要な締付け力よりマニホールド部４２でのガスシール
に必要な締付け力の方が大きくなり、全体の締付け力が
１０トン以上となる。このような大きな締付け力で締付
け板２３，２４の周縁部を締付けると、締付け板２３，
２４の変形（撓み）が大きくなり、この結果、発電部４
１の接触抵抗が大きくなって発電効率（発電量）が低下
する問題があった。そこで、締付け板２３，２４の厚み
を増して変形を少なくすることが考えられるが、このよ
うにすると全体の大重量化を免れ得ないことになる。
高分子型燃料電池にあっては、次のような問題があっ
た。すなわち、内部マニホールドの圧力を2 〜8kg/cm2
にして運転される高圧型の固体高分子型燃料電池では、
発電部４１、つまり電極の大きさが30cm×30cm程度以上
になると、シール性能を維持するために、発電部４１に
必要な締付け力よりマニホールド部４２でのガスシール
に必要な締付け力の方が大きくなり、全体の締付け力が
１０トン以上となる。このような大きな締付け力で締付
け板２３，２４の周縁部を締付けると、締付け板２３，
２４の変形（撓み）が大きくなり、この結果、発電部４
１の接触抵抗が大きくなって発電効率（発電量）が低下
する問題があった。そこで、締付け板２３，２４の厚み
を増して変形を少なくすることが考えられるが、このよ
うにすると全体の大重量化を免れ得ないことになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の固
体高分子型燃料電池にあっては、シール性能を得ようと
すると、発電部の接触抵抗が大きくなって発電効率（発
電量）が低下する問題があった。そこで本発明は、全体
の大重量化を招くことなく、シール性能の向上と、発電
効率の向上とを図れる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。
体高分子型燃料電池にあっては、シール性能を得ようと
すると、発電部の接触抵抗が大きくなって発電効率（発
電量）が低下する問題があった。そこで本発明は、全体
の大重量化を招くことなく、シール性能の向上と、発電
効率の向上とを図れる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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、中央部に発電部が位置し、この発電部
の周囲に上記発電部へ燃料，酸化剤および冷媒を分配供
給するマニホールド部が位置するように上記発電部を構
成する要素および上記マニホールド部を構成する要素を
備えてなる単位電池を導電性セパレータを介して複数積
層してなる燃料電池積層体と、この燃料電池積層体を積
層方向に締付ける締付け手段とを備えた固体高分子型燃
料電池において、前記締付け手段を、前記マニホールド
部が位置する領域を締付ける第１の締付け手段と、前記
発電部が位置する領域を締付ける第２の締付け手段とで
構成している。
に、本発明では、中央部に発電部が位置し、この発電部
の周囲に上記発電部へ燃料，酸化剤および冷媒を分配供
給するマニホールド部が位置するように上記発電部を構
成する要素および上記マニホールド部を構成する要素を
備えてなる単位電池を導電性セパレータを介して複数積
層してなる燃料電池積層体と、この燃料電池積層体を積
層方向に締付ける締付け手段とを備えた固体高分子型燃
料電池において、前記締付け手段を、前記マニホールド
部が位置する領域を締付ける第１の締付け手段と、前記
発電部が位置する領域を締付ける第２の締付け手段とで
構成している。
【００１２】
【作用】マニホールド部が位置する領域を締付ける第１
の締付け手段と、発電部が位置する領域を締付ける第２
の締付け手段とに分けているので、互いの干渉をなくす
ことができ、全体の大重量化を招くことなく、各領域に
適合した締付け力で締付けることが可能となる。
の締付け手段と、発電部が位置する領域を締付ける第２
の締付け手段とに分けているので、互いの干渉をなくす
ことができ、全体の大重量化を招くことなく、各領域に
適合した締付け力で締付けることが可能となる。
【００１３】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１には本発明の一実施例に係る固体高分子型燃料
電池に組込まれた燃料電池積層体２０およびこの燃料電
池積層体２０の積層方向両端に当てがわれるエンドプレ
ート２１ａ，２２が示されている。
る。図１には本発明の一実施例に係る固体高分子型燃料
電池に組込まれた燃料電池積層体２０およびこの燃料電
池積層体２０の積層方向両端に当てがわれるエンドプレ
ート２１ａ，２２が示されている。
【００１４】燃料電池積層体２０は、従来のものと同じ
構成である。この実施例に係る固体高分子型燃料電池が
従来のものとことなる点は、エンドプレート２１ａの構
成と、図２に示す締付け板２３ａの構成とにある。した
がって、以下の図では図８乃至図１１と同一部分に同一
符号を付し、詳しい説明は省略する。
構成である。この実施例に係る固体高分子型燃料電池が
従来のものとことなる点は、エンドプレート２１ａの構
成と、図２に示す締付け板２３ａの構成とにある。した
がって、以下の図では図８乃至図１１と同一部分に同一
符号を付し、詳しい説明は省略する。
【００１５】エンドプレート２１ａは、図１１において
説明した発電部に臨む中央板部５１と、マニホールド部
に臨む枠状板部５２とからなる分離板構成に形成されて
いる。
説明した発電部に臨む中央板部５１と、マニホールド部
に臨む枠状板部５２とからなる分離板構成に形成されて
いる。
【００１６】一方、締付け板２３ａは、図２(a) に示す
ように、エンドプレート２１ａの中央板部５１に臨む部
分６１に厚み方向に貫通する図示しない複数のタップを
設けている。そして、これらのタップにボルト６２が装
着され、これらボルト６２の締付けによって中央板部５
１を介して発電部に押圧力、つまり締付け力を与えてい
る。なお、マニホールド部に対しては、従来と同様にば
ね２５とボルト２６とによって枠状板部５２を介して締
付け力を与えている。
ように、エンドプレート２１ａの中央板部５１に臨む部
分６１に厚み方向に貫通する図示しない複数のタップを
設けている。そして、これらのタップにボルト６２が装
着され、これらボルト６２の締付けによって中央板部５
１を介して発電部に押圧力、つまり締付け力を与えてい
る。なお、マニホールド部に対しては、従来と同様にば
ね２５とボルト２６とによって枠状板部５２を介して締
付け力を与えている。
【００１７】このような構成であると、ボルト２６によ
る締付け力を調整することによってマニホールド部に対
する締付け力を設定することができ、ボルト６２による
締付け力を調整することによって発電部に対する締付け
力を設定することができる。すなわち、締付け板の厚み
を増すことなく、マニホールド部と発電部とにそれぞれ
に適合した締付け力を与えることが可能となる。
る締付け力を調整することによってマニホールド部に対
する締付け力を設定することができ、ボルト６２による
締付け力を調整することによって発電部に対する締付け
力を設定することができる。すなわち、締付け板の厚み
を増すことなく、マニホールド部と発電部とにそれぞれ
に適合した締付け力を与えることが可能となる。
【００１８】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。たとえば、図３に示すようにボルト６
２と中央板部５１との間に皿ばね６３を介在させてもよ
いし、図４に示すようにボルト６２は使用せずに、締付
け板２３と中央板部５１との間に調整板６４を介在させ
てもよい。また、図５に示すようにボルト６２は使用せ
ずに、締付け板２３と中央板部５１，枠状板部５２との
間に縮み量の異なるベローズ６５を介在させてもよい。
また、図６に示すようにボルト６２は使用せずに、締付
け板２３と中央板部５１との間に皿ばね６６と調整板６
７とを介在させてもよいし、図７に示すように構成して
もよい。
るものではない。たとえば、図３に示すようにボルト６
２と中央板部５１との間に皿ばね６３を介在させてもよ
いし、図４に示すようにボルト６２は使用せずに、締付
け板２３と中央板部５１との間に調整板６４を介在させ
てもよい。また、図５に示すようにボルト６２は使用せ
ずに、締付け板２３と中央板部５１，枠状板部５２との
間に縮み量の異なるベローズ６５を介在させてもよい。
また、図６に示すようにボルト６２は使用せずに、締付
け板２３と中央板部５１との間に皿ばね６６と調整板６
７とを介在させてもよいし、図７に示すように構成して
もよい。
【００１９】なお、図３乃至図５中、６８は皿ばねを示
し、図４乃至図７中、６９は中央板部５１と枠状板部５
２との厚みの違いを吸収するために境界部分に介挿され
た四弗化エチレン等で形成された薄い樹脂板あるいはア
ルミニウム等で形成された薄い金属板を示している。
し、図４乃至図７中、６９は中央板部５１と枠状板部５
２との厚みの違いを吸収するために境界部分に介挿され
た四弗化エチレン等で形成された薄い樹脂板あるいはア
ルミニウム等で形成された薄い金属板を示している。
【００２０】また、上述した各例では、一方のエンドプ
レートを中央板部と枠状板部とで構成しているが、両方
のエンドプレートを上記と同じ構成にし、両方から発電
部の締付け力を調整できるようにしてもよい。また、燃
料、酸化剤、水を供給排出するための供給管および排出
管を両方のエンドプレートに設けることもできる。
レートを中央板部と枠状板部とで構成しているが、両方
のエンドプレートを上記と同じ構成にし、両方から発電
部の締付け力を調整できるようにしてもよい。また、燃
料、酸化剤、水を供給排出するための供給管および排出
管を両方のエンドプレートに設けることもできる。
【００２１】なお、発電中に生じる熱を冷却するために
用いられる水は、これに限られるものではなく、低級ア
ルコール、弗素系不活性液体などのように、燃料電池本
体の動作温度に近い沸点（たとえば70℃〜100 ℃）を有
する他の冷媒を用いてもよい。
用いられる水は、これに限られるものではなく、低級ア
ルコール、弗素系不活性液体などのように、燃料電池本
体の動作温度に近い沸点（たとえば70℃〜100 ℃）を有
する他の冷媒を用いてもよい。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発電部とマニホールド部とをこれらに適合した締付け力
で締め付けることができるので、全体の大重量化を招く
ことなく、シール性能の向上と発電効率の向上とを図る
ことができる。
発電部とマニホールド部とをこれらに適合した締付け力
で締め付けることができるので、全体の大重量化を招く
ことなく、シール性能の向上と発電効率の向上とを図る
ことができる。
【図１】本発明の一実施例に係る固体高分子型燃料電池
に組込まれる燃料電池積層体およびエンドプレートを示
す斜視図
に組込まれる燃料電池積層体およびエンドプレートを示
す斜視図
【図２】(a) は同電池の組立後の平面図で、(b) は側面
図
図
【図３】本発明の第１の変形例を説明するための図
【図４】本発明の第２の変形例を説明するための図
【図５】本発明の第３の変形例を説明するための図
【図６】本発明の第４の変形例を説明するための図
【図７】本発明の第５の変形例を説明するための図
【図８】従来の固体高分子型燃料電池に組込まれる燃料
電池積層体およびエンドプレートを示す斜視図
電池積層体およびエンドプレートを示す斜視図
【図９】同電池に組込まれる配流板の斜視図
【図１０】同電池に組込まれるセルの斜視図
【図１１】(a) は同電池の組立後の平面図で、(b) は側
面図
面図
１…単位電池 ２…酸化剤通路
形成用枠材 ３…セル収容枠材 ４…燃料通路形
成用枠材 ５…水透過板収容枠材 ６…水通路形成
用枠材 ７…導電性セパレータ板 ８，１０，１
５，１６，１７…開口部 ９…配流板 １４…セル １８…孔 ２０…燃料電池
積層体 ２１、２１ａ，２２…エンドプレート ２３，２３ａ，
２４…締付け板 ２６…ボルト ２７…酸化剤供
給管 ２８…水供給管 ２９…燃料供給
管 ３０…燃料排出管 ３１…水排出管 ３２…酸化剤排出管 ４１…発電部 ４２…マニホールド部 ５１…発電部に
臨む中央板部 ５２…マニホールド部に臨む枠状板部 ６２…ボルト ６３，６６…皿ばね ６４，６７…調
整板 ６５…ベローズ
形成用枠材 ３…セル収容枠材 ４…燃料通路形
成用枠材 ５…水透過板収容枠材 ６…水通路形成
用枠材 ７…導電性セパレータ板 ８，１０，１
５，１６，１７…開口部 ９…配流板 １４…セル １８…孔 ２０…燃料電池
積層体 ２１、２１ａ，２２…エンドプレート ２３，２３ａ，
２４…締付け板 ２６…ボルト ２７…酸化剤供
給管 ２８…水供給管 ２９…燃料供給
管 ３０…燃料排出管 ３１…水排出管 ３２…酸化剤排出管 ４１…発電部 ４２…マニホールド部 ５１…発電部に
臨む中央板部 ５２…マニホールド部に臨む枠状板部 ６２…ボルト ６３，６６…皿ばね ６４，６７…調
整板 ６５…ベローズ
Claims (2)
- 【請求項１】中央部に発電部が位置し、この発電部の周
囲に上記発電部へ燃料，酸化剤および冷媒を分配供給す
るマニホールド部が位置するように上記発電部を構成す
る要素および上記マニホールド部を構成する要素を備え
てなる単位電池を導電性セパレータを介して複数積層し
てなる燃料電池積層体と、この燃料電池積層体を積層方
向に締付ける締付け手段とを備えた固体高分子型燃料電
池において、前記締付け手段は、前記マニホールド部が
位置する領域を締付ける第１の締付け手段と、前記発電
部が位置する領域を締付ける第２の締付け手段とで構成
されていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。 - 【請求項２】中央部に発電部が位置し、この発電部の周
囲に上記発電部へ燃料，酸化剤および冷媒を分配供給す
るマニホールド部が位置するように上記発電部を構成す
る要素および上記マニホールド部を構成する要素を備え
てなる単位電池を導電性セパレータを介して複数積層し
てなる燃料電池積層体と、この燃料電池積層体の積層方
向の両端部にそれぞれ当てがわれ、少なくとも一方に前
記マニホールド部の流路に通じる流路を備えた一対のエ
ンドプレートと、これらエンドプレートの外面にそれぞ
れ当てがわれた一対の締付け板と、これら一対の締付け
板間に締付け力を与える締付け手段とを備えた固体高分
子型燃料電池において、前記一対のエンドプレートのう
ちの少なくとも一方は、前記発電部に臨む中央板部と前
記マニホールド部に臨む枠状板部とに分離された分離板
構成に形成されており、上記中央板部とこれに隣接する
前記一方の締付け板との間に上記発電部が位置する領域
の締付け力を調整する締付け力調整機構が設けられてい
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 |
|---|---|---|---|
| JP6221443A JPH0888018A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 固体高分子型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6221443A JPH0888018A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 固体高分子型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0888018A true JPH0888018A (ja) | 1996-04-02 |
Family
ID=16766820
Family Applications (1)
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