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JP3474886B2 - Fuel cell - Google Patents
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JP3474886B2 - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

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JP3474886B2
JP3474886B2 JP12770492A JP12770492A JP3474886B2 JP 3474886 B2 JP3474886 B2 JP 3474886B2 JP 12770492 A JP12770492 A JP 12770492A JP 12770492 A JP12770492 A JP 12770492A JP 3474886 B2 JP3474886 B2 JP 3474886B2
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cell division
fuel
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series
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邦弘 中藤
陽 濱田
英治 立山
喜善 堀
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、燃料ガスと酸化剤ガス
とで発電を行う燃料電池に関する。 【0002】 【従来の技術】燃料電池は供給されるガスの化学エネル
ギーを、直接電気エネルギーに変換する装置であり、現
在ではリン酸型,溶融炭酸塩型,固体電解質型等の燃料
電池の研究が盛んに行われており、高い発電効率が期待
されている。これら燃料電池の発電の基本単位は、電解
質マトリックスの両面にカソードとアノードとを配した
構成の単セルである。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】ところが、一個の単セ
ルから得られる出力電圧(V),及び電流密度(mA/
cm2)には制限があるため、実用に供されている電池で
は、単セルを複数個積層することによって、所望の出力
電圧,及び電流を得るようにしている。特に、単セルの
出力電圧は0.6V程度であるから、例えば、120Vの
出力電圧を得るためには、単セルを約200個積層させ
る必要がある。一般に、燃料電池は、各単セルを電気的
に直列に接続するため、単セル毎に良好な電子伝導性を
有するセパレータを挿入してスタックを構成している。
したがって、単セルを200個積層させた場合には、セ
パレータの厚さを含めると、スタックの高さは2m程度
になる。その結果、スタックが積層方向に高くなるた
め、高さ方向のスペース上の制約から、燃料電池の設置
が困難になる。 【0004】そこで、積層方向の高さが低い小型のスタ
ック(即ち、単セルの積層数が少ない)を複数個併設
し、これらスタックを電気的に直列に接続することによ
り、従来のスタックと同程度の出力電圧を得ることが考
えられる。しかしながら、スタック毎に酸化剤ガスや燃
料ガスを給排するマニホールドやガス配管等を設ける必
要があるため、製造コストが高くなるという課題が生じ
る。 【0005】本発明は上記課題に鑑み、設置場所を選ば
ず、製造コストも安く、しかも大電圧を取り出すことが
できる燃料電池を提供することを目的とする。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、電解質マトリックスの両面にカソードとアノ
ードとを配したセルと、当該セルに酸化剤ガス及び燃料
ガスを供給するセパレータとを交互に複数積層させて
成る燃料電池において、前記各セパレータ間のセル層に
は、セルを複数に分割して成るセル分割体が配され、各
セル分割体はカソードと隣のセル分割体のアノードとを
電気的に接続することによって直列に接続され、且つ、
前記セパレータは、該セパレータ上に配された低電位
側セル分割体に相応する領域に設けられ、カーボンから
構成された導電部と、その他の領域に設けられた非導電
部とからなり、各セル層の低電位側セル分割体と高電
位側セル分割体とが、他のセル層の高電位側セル分割体
又は低電位側セル分割体と、前記導電部を介して接続さ
れ、全てのセル層の全てのセル分割体が直列に接続され
た構成であることを特徴とする。 【0007】 【作用】上記構成によれば、各セパレータ間のセル層
は、電気的に直列に接続された複数のセル分割体から構
成されているので、従来のように、単に1 個の単セルで
セル層を構成する場合に比べて、各セル層で得られる出
力電圧を数倍に高めることができる。しかも、全てのセ
ル層の全てのセル分割体が直列に接続されているので、
電池を構成する全てのセル分割体が電気的に直列に接続
されることになる。したがって、セルの積層数が少ない
にも係わらず、大電圧を取り出すことができる。その結
果、スタックの積層方向の高さを抑制することができる
ので、燃料電池の設置場所の選択の幅が広がる。 【0008】加えて、1個のスタックで大電圧を取り出
すことができるので、従来のように、複数のスタックを
接続する必要がない。したがって、スタック毎にマニホ
ールドやガス配管等を設ける必要がないので、製造コス
トも安い。 【0009】 【実施例】図1は本発明の一実施例に係るリン酸型燃料
電池の一部分を示す概略断面斜視図である。この燃料電
池は、電解質マトリックス1の上下両面にカソード2と
アノード3とを夫々配したセルと,バイポーラプレート
とを複数交互に積層させた構造であるが、図1では、セ
ル層41・42・43と,上下両面に燃料ガス通路31
と酸化剤ガス通路21とが夫々直交して形成されたバイ
ポーラプレート51・52・53とを複数交互に積層さ
せた構造のみを示す。尚、図1中、実線矢印は燃料ガス
の流れを、破線矢印は反応空気の流れを夫々示す。前記
燃料電池の燃料ガスIN側,及び燃料ガスOUT側の側
面には、燃料ガス供給マニホールド,及び燃料ガス排出
マニホールド(いずれも図示せず)が夫々ガスシールパ
ッキング(図示せず)を介して取付けられている。同様
に、反応空気IN側,及び反応空気OUT側の側面に
は、反応空気供給マニホールド,及び反応空気排出マニ
ホールド(いずれも図示せず)が夫々ガスシールパッキ
ング(図示せず)を介して取付けられている。前記ガス
シールパッキングは、ポリテトラフルオロエチレン(P
TFE)等のフッ素樹脂やフッ素系ゴムが主として用い
られている。また、リン酸型燃料電池の動作温度は20
0℃前後が望ましく、温度が上がり過ぎるとリン酸の蒸
発や腐食の問題が大きくなり、温度が下がり過ぎると出
力電圧が低下し電力への変換効率が悪くなるので、全て
のセルが一定範囲の温度で動作できるように電池を冷却
する必要があり、この燃料電池の冷却は、前記反応空気
供給マニホールドを介して供給される空気によって行わ
れる。 【0010】上記バイポーラプレート51・52・53
間の各セル層41・42・43は、図1に示すように、
反応空気の流れ方向に4個に略均等に分割され、燃料ガ
スの流れ方向(即ち、図面手前から奥方)に帯状に延び
るセル41a・41b・41c・41d,42a・42
b・42c・42d,43a・43b・43c・43d
から構成されている(以下、上記の如く複数に分割され
た各セル41a〜43dを「セル分割体41a〜43
d」と称する)。尚、41a・42a・43aは低電位
側のセル分割体を示し、41d・42d・43dは高電
位側のセル分割体を示す。前記低電位側のセル分割体4
1a・42a・43a,及び高電位側のセル分割体41
d・42d・43dは、各セル層41・42・43の左
右何れかの端部(即ち、反応空気供給側,又は反応空気
排出側)に設けられ、且つ、低電位側のセル分割体41
a・42a・43aと高電位側のセル分割体41d・4
2d・43dとは、1層毎に左右反対側の端部に設けら
れている。 【0011】前記セル分割体41a〜43dは、炭化ケ
イ素から成る電解質マトリックス1の上下両面にカーボ
ンペーパから成るカソード2と,同じくカーボンペーパ
から成るアノード3が夫々配されて成り、前記電解質マ
トリックス1と各電極2・3との間には、カーボンとポ
リテトラフルオロエチレン(PTFE)とを練成して成
るカソード触媒層22,及びアノード触媒層32が夫々
介挿されている。また、各セル分割体41a〜43dの
電解質マトリックス1は、カソード2と隣のセル分割体
41a〜43dのアノード3とを電気的に接続するカー
ボンペーパと略同一形状に折り曲げられ、電解質マトリ
ックス1の両端部は隣のセル分割体41a〜43dのカ
ソード2間,及びアノード3間まで延設されている。こ
のような構成によって、各セル分割体41a〜43d
は、隣のセル分割体41a〜43dとガスのシールが行
われている。尚、各セル層41・42・43の両端部に
設けられる低電位側のセル分割体41a・42a・43
a,及び高電位側のセル分割体41d・42d・43d
の電池側面側の端部(即ち、他のセル分割体と接続しな
い側)は、電解質マトリックス1がカソード2及びアノ
ード3よりもはみ出して電池側面部まで延設されてお
り、セル分割体の長さ方向の一辺の長さに実質的に等し
いシール部材6によって燃料ガスと反応空気とはシール
されている。 【0012】前記低電位側のセル分割体41a・42a
・43aは、このセル分割体41a・42a・43aの
カソード2と,隣のセル分割体41b・42b・43b
のアノード3とを共有するカーボンペーパによって電気
的に直列に接続されている。同様に、他のセル分割体
も、このセル分割体のカソード2と,隣のセル分割体の
アノード3とを共有するカーボンペーパによって電気的
に直列に接続されている。このような構成によって、各
セル層41・42・43の全てのセル分割体41a〜4
3dが電気的に直列に接続されている。 【0013】上記バイポーラプレート51・52・53
の上面には、このバイポーラプレート51・52・53
の上面に配される各セル分割体41a〜43dのアノー
ド3に燃料ガスを供給する燃料ガス通路31が複数形成
されている一方、バイポーラプレート51・52・53
の下面には、このバイポーラプレート51・52・53
の下面に配される各セル分割体41a〜43dのカソー
ド2に反応空気を供給する反応空気通路21が複数形成
されている。尚、前記燃料ガス通路31と反応空気通路
21とは、互いに直交するよう形成されているので、燃
料ガスと反応空気とは電池内を直交して流れる。また、
前記バイポーラプレート51・52・53は、各セル層
41・42・43の高電位側のセル分割体41d・42
d・43d,及び低電位側のセル分割体41a・42a
・43aとが、他のセル層41・42・43の高電位側
のセル分割体41d・42d・43d,又は低電位側の
セル分割体41a・42a・43aと電気的に接触させ
る導電部51b・52b・53bと電気的に接触するの
を防止する非導電部51a・52a・53aとから構成
されている。前記バイポーラプレート51・52・53
の導電部51b・52b・53bは、カーボンで表面を
コーティングしたプラスチック等から構成されており、
非導電部51a・52a・53aは、セラミックスやプ
ラスチック等から構成されている。前記バイポーラプレ
ート51・52・53の上面に配される低電位側のセル
分割体41a・42a・43aに相応する領域(即ち、
各セル層41・42・43の何れかの端部に設けられる
低電位側又は高電位側のセル分割体の主表面の大きさに
相当する領域)には導電部51b・52b・53bが設
けられ、その他の領域には非導電部51a・52a・5
3aが設けられている 【0014】以下、上記の如く構成された燃料電池にお
ける電流の流れについて、図2の模式図を用いて説明す
る。先ず、燃料ガス供給マニホールドから燃料ガス通路
31を介してセル分割体41aのアノード3に燃料ガス
が供給されると、下式に示す反応が起こり、水素が消費
される。 【0015】H2 −−→2H+ +2e- 次に、反応空気供給マニホールドから反応空気通路21
を介してセル分割体41aのカソード2に反応空気が供
給されると、下式に示す反応が起こり、酸素が消費され
て水蒸気が発生する。 1/2 O2 +2H+ +2e- −−→H2 O したがって、全体としては、下式に示す反応が行われ
る。 【0016】H2 + 1/2O2 −−→H2 O この場合、上記アノード3の電極反応で生じたプロトン
(H+ )は、リン酸が含浸された電解質マトリックス1
層を介してカソード2方向に移動するので、実線矢印で
示すように、アノード3からカソード2へと電流が流れ
る。尚、他のセル分割体41b〜43dについても、同
様に実線矢印で示すように、アノード3からカソード2
へと電流が流れる。 【0017】ここで、前記セル分割体41aのカソード
2は、カーボンペーパを介して隣のセル分割体41bの
アノード3と電気的に直列に接続されている。また、セ
ル分割体41bのカソード2も隣のセル分割体41cの
アノード3と直列に接続されており、更にセル分割体4
1cのカソード2も隣のセル分割体41dのアノード3
と直列に接続されている。この結果、バイポーラプレー
ト51・52間のセル層41の全てのセル分割体41a
・41b・41c・41dは電気的に直列に接続される
ことになるので、低電位側のセル分割体41aから高電
位側のセル分割体41dに電流が流れる。これと同様
に、セル層42の全てのセル分割体42a・42b・4
2c・42dも電気的に直列に接続されているので、低
電位側のセル分割体42aから高電位側のセル分割体4
2dに電流が流れる。更に、セル層43の全てのセル分
割体43a・43b・43c・43dも電気的に直列に
接続されているので、低電位側のセル分割体43aから
高電位側のセル分割体43dに電流が流れる。ところ
で、前記セル層41の高電位側のセル分割体41dとセ
ル層42の低電位側のセル分割体42a,及びセル層4
2の高電位側のセル分割体42dとセル層43の低電位
側のセル分割体43aとは、バイポーラプレート52・
53の導電部52b・53bを介して夫々電気的に接続
されている。したがって、各セル層41・42・43の
全てのセル分割体41a〜43dが直列に接続されるこ
とになり、セル分割体41aからセル分割体43dに直
流電流が流れる。 【0018】上記実施例によれば、各セル層の全てのセ
ル分極体は電気的に直列に接続されているので、セル分
割体1個当たりの出力電圧は0.6V程度であるにも係わ
らず、各セル層での出力電圧を2.4V(0.6V×4)程
度に高めることができる。例えば、電極の幾何面積が2
00cm2 のセル分割体を用いた場合は、セル分割体1個
当たりの電流は30A(0.15A/cm2 ×200cm2
程度であるが、各セル層の全てのセル分極体は電気的に
直列に接続されているので、スタック内を流れる電流も
30Aになる。また、各セル層の出力電圧は72W(3
0A×2.4V)程度である。 【0019】これに対して、従来のように、単に1 個の
単セル(電極の幾何面積が800cm 2 )でセル層を構成
する場合には、セル層の出力電圧は0.6V程度にすぎな
い。また、セル層を流れる電流は120A(0.15A/
cm2 ×800cm2 )程度であり、電池出力は72W(1
20A×0.6V)程度である。ここで、出力電圧120
Vのスタックを構成するには、上記実施例では50枚の
セル層を積層させるだけでよいのに対して、従来のスタ
ックでは、200枚の単セルを積層させる必要がある。
したがって、本発明によれば、スタックの積層方向の高
さを約1/4に抑制することができる。 【0020】ところで、電池は直流出力であるため、交
流の電力系統と接続するために、通常DC/DCコンバ
ータを使用している。上記実施例によれば、スタック内
を流れる電流も約1/4になるので、DC/DCコンバ
ータのスィッチッグ素子のトランジスタの容量を小さく
することができる。その結果、DC/DCコンバータの
効率を高めることができ、更には、DC/DCコンバー
タの小型化を図ることができる。 〔その他の事項〕 上記実施例においては、リン酸型燃料電池を使用し
たが、固体電解質型燃料電池,溶融炭酸塩型燃料電池等
を使用することも勿論可能である。 4個のセル分割体で各セル層を構成したが、これに
限らず、出力電圧に応じて、セル分割体の数を変更する
ことも可能である。また、出力電流は、セル分割体の大
きさ(電流の幾何面積)を変化させることによって調整
することができる。 燃料電池の冷却方法としては、空冷方式に限定され
るものではなく、例えば、水冷方式や液冷方式等を採用
することも可能である。 【0021】 【発明の効果】以上の本発明によれば、各セパレータ間
のセル層は、電気的に直列に接続された複数のセル分割
体から構成されているので、従来のように、単に1 個の
単セルでセル層を構成する場合に比べて、各セル層で得
られる出力電圧を数倍に高めることができる。しかも、
全てのセル層の全てのセル分割体が直列に接続されてい
るので、電池を構成する全てのセル分割体が電気的に直
列に接続されることになる。したがって、セルの積層数
が少ないにも係わらず、大電圧を取り出すことができ
る。その結果、スタックの積層方向の高さを抑制するこ
とができるので、燃料電池の設置場所の選択の幅が広が
る。 【0022】加えて、1個のスタックで大電圧を取り出
すことができるので、従来のように、複数のスタックを
接続する必要がない。したがって、スタック毎にマニホ
ールドやガス配管等を設ける必要がないので、製造コス
トも安い。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel gas and an oxidizing gas.
And a fuel cell that generates power. [0002] 2. Description of the Related Art Fuel cells use the chemical energy of the supplied gas.
Is a device that directly converts energy into electrical energy.
Currently, fuels of phosphoric acid type, molten carbonate type, solid electrolyte type, etc.
Batteries are being actively researched and high power generation efficiency is expected
Have been. The basic unit of power generation for these fuel cells is electrolytic
Cathode and anode on both sides of a porous matrix
It is a single cell of the configuration. [0003] However, one single cell
Output voltage (V) and current density (mA /
cmTwo) Is limited, so use batteries that are in practical use.
Can achieve the desired output by stacking multiple single cells.
Voltage and current are obtained. In particular, single cell
Since the output voltage is about 0.6 V, for example, 120 V
In order to obtain the output voltage, about 200 single cells are stacked
Need to be Generally, a fuel cell electrically connects each single cell.
Good electron conductivity for each single cell.
The separator is inserted to form a stack.
Therefore, when 200 single cells are stacked,
Including the thickness of the pareta, the height of the stack is about 2m
become. As a result, the stack is raised in the stacking direction.
Installation of the fuel cell due to space constraints in the height direction
Becomes difficult. [0004] Therefore, a compact star having a low height in the stacking direction is used.
(In other words, a small number of single cells are stacked)
And electrically connecting these stacks in series.
To obtain the same output voltage as the conventional stack.
available. However, oxidizer gas and fuel
It is necessary to provide a manifold for supplying and discharging gas and gas piping.
The problem of high manufacturing costs
You. [0005] In view of the above problems, the present invention selects an installation location.
Production cost is low, and large voltage can be taken out
It is an object of the present invention to provide a fuel cell that can be used. [0006] The present invention solves the above-mentioned problems.
The cathode and anode on both sides of the electrolyte matrix.
And a cell withTheOxidant gas and fuel in the cell
Separator for supplying gas,Alternately stacking multiple
In a fuel cell comprisingSaidFor cell layer between each separator
Is divided into cells, which are divided into cells.
The cell segment is composed of the cathode and the anode of the next cell segment.
Connected in series by electrical connection, and
The separator,ThisLow potential placed on the separator
Provided in the area corresponding to the side cell divisionFrom carbon
ComposedNon-conductive parts provided in conductive parts and other areas
Department and,And the low-potential-side cell segment of each cell layer
The high-potential side cell division of another cell layer
Or, connected to the low-potential-side cell division body via the conductive portion.
All cell divisions of all cell layers are connected in series
It is characterized by having a configuration. [0007] According to the above construction, the cell layer between the separators is provided.
Consists of a plurality of cell divisions electrically connected in series.
So that, as in the past, just one single cell
Compared to the case of configuring cell layers, the output obtained in each cell layer
The force voltage can be increased several times. Moreover, all
Since all the cell divisions of the layer are connected in series,
All cell divisions that make up the battery are electrically connected in series
Will be done. Therefore, the number of stacked cells is small.
Nevertheless, a large voltage can be taken out. The result
As a result, the height of the stack in the stacking direction can be suppressed.
Therefore, the range of choice of the installation location of the fuel cell is expanded. [0008] In addition, a large voltage is taken out by one stack
Multiple stacks as before.
No need to connect. Therefore, for each stack
Since there is no need to provide
Cheap. [0009] FIG. 1 shows a phosphoric acid type fuel according to one embodiment of the present invention.
It is a schematic sectional perspective view which shows a part of battery. This fuel cell
The pond has cathodes 2 on both upper and lower surfaces of the electrolyte matrix 1.
A cell with an anode 3 and a bipolar plate
Are laminated alternately, but in FIG.
Layers 41, 42, 43 and fuel gas passages 31
And the oxidizing gas passage 21 are formed at right angles to each other.
A plurality of polar plates 51, 52 and 53 are alternately laminated.
Only the structure shown is shown. In FIG. 1, solid arrows indicate fuel gas.
The broken arrows indicate the flow of the reaction air. Said
Fuel gas IN side and fuel gas OUT side of the fuel cell
The fuel gas supply manifold and the fuel gas exhaust
Manifolds (both not shown) are gas sealers
It is attached via a hook (not shown). As well
At the side of the reaction air IN side and the reaction air OUT side
Are the reaction air supply manifold and the reaction air discharge manifold.
Holds (both not shown) are each gas seal packing
It is attached via a ring (not shown). The gas
Seal packing is made of polytetrafluoroethylene (P
Fluorine resin and fluorine rubber such as TFE) are mainly used
Have been. The operating temperature of the phosphoric acid fuel cell is 20
It is desirable to be around 0 ° C.
And the problem of corrosion and corrosion will increase,
Since the power voltage drops and the conversion efficiency to electric power deteriorates,
Cools batteries so that all cells can operate over a range of temperatures
It is necessary to cool the fuel cell by the reaction air
Done by air supplied through the supply manifold
It is. The above-mentioned bipolar plates 51, 52, 53
As shown in FIG. 1, each of the cell layers 41, 42, 43 between
The fuel air is divided approximately equally into four parts in the flow direction of the reaction air.
Strip extending in the flow direction (ie, from the front to the back of the drawing)
Cells 41a, 41b, 41c, 41d, 42a, 42
b ・ 42c ・ 42d 、 43a ・ 43b ・ 43c ・ 43d
(Hereinafter, divided into a plurality as described above)
Each of the cells 41a to 43d is referred to as a “cell divided body 41a to 43d”.
d "). 41a, 42a and 43a are low potential.
Side cell division bodies, 41d, 42d and 43d
2 shows a cell division body on the position side. The cell division body 4 on the low potential side
1a, 42a, 43a, and the cell division body 41 on the high potential side
d, 42d, 43d are on the left of each cell layer 41, 42, 43.
Either right end (ie, reaction air supply side or reaction air
(The discharge side) and the cell division body 41 on the low potential side
a, 42a, 43a and cell division body 41d, 4 on the high potential side
2d and 43d are provided at the ends opposite to the left and right for each layer.
Have been. The cell division bodies 41a to 43d are made of carbonized carbon.
Carbohydrate on both upper and lower surfaces of electrolyte matrix 1 made of iodine
Cathode 2 made of paper and carbon paper
Anodes 3 each comprising
Between the electrode 1 and each electrode 2 ・ 3
Kneaded with tetrafluoroethylene (PTFE)
The cathode catalyst layer 22 and the anode catalyst layer 32
It is interposed. In addition, each of the cell division bodies 41a to 43d
The electrolyte matrix 1 is composed of a cathode 2 and an adjacent cell division body.
Car for electrically connecting the anodes 41a to 43d
Bent to the same shape as Bon Paper,
Both ends of the box 1 are covers of the adjacent cell division bodies 41a to 43d.
It extends between the sword 2 and the anode 3. This
With such a configuration, each of the cell divided bodies 41a to 43d
Indicates that the adjacent cell divided bodies 41a to 43d are sealed with gas.
Has been done. In addition, at both ends of each cell layer 41, 42, 43
Provided low-potential-side cell division bodies 41a, 42a, and 43
a, and the cell division bodies 41d, 42d, and 43d on the high potential side
Of the battery on the side of the battery (that is,
On the other hand, the electrolyte matrix 1 is composed of the cathode 2 and the anode 2
And extends to the side of the battery.
Is substantially equal to the length of one side in the length direction of the cell division body.
The fuel gas and the reaction air are sealed by the new sealing member 6.
Have been. The low potential side cell division bodies 41a and 42a
43a is the cell division body 41a, 42a, 43a
Cathode 2 and adjacent cell divisions 41b, 42b, 43b
Electricity by carbon paper sharing the anode 3
Are serially connected. Similarly, other cell splits
Also, the cathode 2 of this cell divided body and the adjacent cell divided body
Electricity is provided by carbon paper sharing the anode 3.
Are connected in series. With such a configuration,
All the cell division bodies 41a to 41 of the cell layers 41, 42, and 43
3d are electrically connected in series. The above-mentioned bipolar plates 51, 52, 53
The bipolar plates 51, 52, 53
Of each of the cell division bodies 41a to 43d arranged on the upper surface of
Multiple fuel gas passages 31 for supplying fuel gas to the tank 3
While the bipolar plates 51, 52, 53
The lower surfaces of the bipolar plates 51, 52, 53
Of the cell division bodies 41a to 43d arranged on the lower surface of
Multiple reaction air passages 21 for supplying reaction air to the nozzle 2
Have been. The fuel gas passage 31 and the reaction air passage
21 are formed so as to be orthogonal to each other.
The feed gas and the reaction air flow orthogonally in the battery. Also,
Each of the bipolar plates 51, 52, and 53 includes a cell layer.
Cell division bodies 41d and 42 on the high potential side of 41, 42 and 43
d and 43d, and the cell division bodies 41a and 42a on the low potential side
43a is the higher potential side of the other cell layers 41, 42, 43
Cell division bodies 41d, 42d, 43d or the low potential side
The cell division bodies 41a, 42a and 43a are brought into electrical contact with each other.
Electrical contact with the conductive portions 51b, 52b, 53b
Composed of non-conductive portions 51a, 52a and 53a for preventing
Have been. The bipolar plates 51, 52, 53
Of the conductive portions 51b, 52b, 53b
It is composed of coated plastic etc.
The non-conductive portions 51a, 52a, and 53a are made of ceramic or plastic.
It is composed of a plastic or the like. The bipolar pre
Cells on the lower potential side disposed on the upper surfaces of the gates 51, 52, 53
Areas corresponding to the divided bodies 41a, 42a, and 43a (ie,
Provided at any end of each cell layer 41, 42, 43
The size of the main surface of the cell segment on the low potential side or high potential side
(Corresponding areas) are provided with conductive portions 51b, 52b and 53b.
The other regions are non-conductive portions 51a, 52a, and 5a.
3a is provided. Hereinafter, the fuel cell configured as described above will be described.
The flow of the current flowing through will be described with reference to the schematic diagram of FIG.
You. First, from the fuel gas supply manifold to the fuel gas passage
The fuel gas is supplied to the anode 3 of the cell division body 41a through the
Is supplied, the reaction shown in the following equation occurs, and hydrogen is consumed
Is done. HTwo--- → 2H++ 2e- Next, the reaction air supply manifold 21 is connected to the reaction air supply manifold.
Reaction air is supplied to the cathode 2 of the cell divided body 41a through the
When supplied, the reaction shown in the following equation occurs, and oxygen is consumed.
Generates steam. 1/2 OTwo+ 2H++ 2e-−− → HTwoO Therefore, as a whole, the reaction represented by the following formula is performed.
You. HTwo+ 1/2 OTwo−− → HTwoO In this case, the proton generated by the electrode reaction of the anode 3
(H+) Is an electrolyte matrix 1 impregnated with phosphoric acid.
Since it moves in the direction of the cathode 2 through the layer,
As shown, current flows from the anode 3 to the cathode 2
You. The same applies to the other cell division bodies 41b to 43d.
As shown by the solid arrows, the anode 3
The current flows to. Here, the cathode of the cell division body 41a
2 is an adjacent cell divided body 41b via carbon paper.
It is electrically connected to the anode 3 in series. Also,
The cathode 2 of the cell division body 41b is also connected to the adjacent cell division body 41c.
It is connected in series with the anode 3 and further has a cell division body 4
The cathode 2 of 1c is also the anode 3 of the adjacent cell division body 41d.
And are connected in series. As a result, bipolar play
All the cell division bodies 41a of the cell layer 41 between the cells 51 and 52
41b 41c 41d are electrically connected in series
Therefore, the high voltage is supplied from the cell division body 41a on the low potential side.
A current flows through the lower cell division body 41d. Like this
In addition, all the cell divided bodies 42a, 42b, 4 of the cell layer 42
2c and 42d are also electrically connected in series.
From the cell division body 42a on the potential side to the cell division body 4 on the high potential side
A current flows through 2d. Furthermore, all the cells of the cell layer 43
Split bodies 43a, 43b, 43c and 43d are also electrically connected in series.
Since the connection is made, the cell division body 43a on the low potential side
A current flows through the cell division body 43d on the high potential side. Place
The cell division 41d on the high potential side of the cell layer 41 and the cell
Cell segment 42a on the low potential side of the cell layer 42 and the cell layer 4
2 low potential of the cell division body 42d on the high potential side and the cell layer 43
The cell division body 43a on the side is a bipolar plate 52
Electrically connected via 53 conductive portions 52b and 53b
Have been. Therefore, each of the cell layers 41, 42, 43
Make sure that all the cell division bodies 41a to 43d are connected in series.
And the cell division body 41a is directly changed to the cell division body 43d.
A flowing current flows. According to the above embodiment, all cells in each cell layer are
Since the polarizers are electrically connected in series,
Despite the output voltage per split body is about 0.6V
Output voltage of each cell layer is about 2.4V (0.6V × 4)
Can be increased at any time. For example, if the geometric area of the electrode is 2
00cmTwoWhen using the cell division of, one cell division
The current per unit is 30 A (0.15 A / cmTwo× 200cmTwo)
To the extent that all cell polarizers in each cell layer are electrically
Because they are connected in series, the current flowing through the stack
30A. The output voltage of each cell layer is 72 W (3
0A × 2.4V). On the other hand, as in the prior art, only one
Single cell (electrode geometric area is 800cm Two) Constitutes the cell layer
In this case, the output voltage of the cell layer is only about 0.6 V.
No. The current flowing through the cell layer is 120 A (0.15 A /
cmTwo× 800cmTwo), And the battery output is 72 W (1
20 A × 0.6 V). Here, the output voltage 120
To form a stack of V, in the above embodiment, 50 sheets
In contrast to just stacking cell layers,
In a rack, it is necessary to stack 200 single cells.
Therefore, according to the present invention, the height in the stacking direction of the stack is
Can be suppressed to about 1/4. Since the battery has a DC output,
DC / DC converter to connect to
Data is being used. According to the above embodiment, in the stack
The current flowing through the DC / DC converter
The capacitance of the transistor in the switching element of the
can do. As a result, the DC / DC converter
Efficiency can be improved, and DC / DC converter
Data size can be reduced. [Other matters]   In the above embodiment, a phosphoric acid fuel cell was used.
However, solid electrolyte fuel cells, molten carbonate fuel cells, etc.
Of course, it is also possible to use.   Each cell layer was composed of four cell divisions.
Not limited, change the number of cell divisions according to the output voltage
It is also possible. Also, the output current is
Adjusted by changing the size (geometric area of current)
can do.   Fuel cell cooling methods are limited to air cooling.
Not water-cooled or liquid-cooled
It is also possible. [0021] According to the present invention described above, the distance between each separator is
Cell layer is divided into multiple cells electrically connected in series.
Because it is composed of the body, as in the past, just one
Compared to the case where the cell layer is composed of a single cell,
Output voltage can be increased several times. Moreover,
All cell divisions of all cell layers are connected in series.
Therefore, all cell divisions that make up the battery are electrically
Will be connected to the column. Therefore, the number of stacked cells
High voltage can be taken out despite the low
You. As a result, the height of the stack in the stacking direction can be suppressed.
The choice of where to install the fuel cell
You. In addition, a large voltage is taken out by one stack.
Multiple stacks as before.
No need to connect. Therefore, for each stack
Since there is no need to provide
Cheap.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例に係るリン酸型燃料電池の一
部分を示す概略断面斜視図である。 【図2】図1の燃料電池における電流の流れを模式的に
示す図である。 【符号の説明】 1 電解質マトリックス 2 カソード 3 アノード 41・42・43 セル層 41a〜43d セル分割体 51・52・53 バイポーラプレート 51b・52b・53b 導電部
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic sectional perspective view showing a part of a phosphoric acid type fuel cell according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram schematically showing a current flow in the fuel cell of FIG. [Description of Signs] 1 Electrolyte matrix 2 Cathode 3 Anodes 41, 42, 43 Cell layers 41a to 43d Cell division bodies 51, 52, 53 Bipolar plates 51b, 52b, 53b Conducting part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 立山 英治 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (72)発明者 堀 喜善 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−121265(JP,A) 特開 昭58−95890(JP,A) 特開 平1−144570(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/02 H01M 8/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Eiji Tateyama 2-18-18 Keihanhondori Moriguchi City Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Kiyoshi Hori 2-18-18 Keihanhondori Moriguchi City Sanyo Electric Co., Ltd. (56) reference Patent Sho 61-121265 (JP, a) JP Akira 58-95890 (JP, a) JP flat 1-144570 (JP, a) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7 H01M 8/02 H01M 8/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】電解質マトリックスの両面にカソードとア
ノードとを配したセルと、当該セルに酸化剤ガス及び燃
料ガスを供給するセパレータとを交互に複数積層させ
て成る燃料電池において、前記 各セパレータ間のセル層には、セルを複数に分割し
て成るセル分割体が配され、各セル分割体はカソードと
隣のセル分割体のアノードとを電気的に接続することに
よって直列に接続され、 且つ、前記セパレータは、該セパレータ上に配された
低電位側セル分割体に相応する領域に設けられ、カーボ
ンから構成された導電部と、その他の領域に設けられた
非導電部とからなり、 各セル層の低電位側セル分割体と高電位側セル分割体と
が、他のセル層の高電位側セル分割体又は低電位側セル
分割体と、前記導電部を介して接続され、全てのセル層
の全てのセル分割体が直列に接続された構成であること
を特徴とする燃料電池。
(57) and Patent Claims 1. A cell which arranged the cathode and anode on both sides of the electrolyte matrix, stacking a plurality of the separators for supplying oxidant gas and the fuel gas in the cell, the alternating a fuel cell comprising Te, wherein the cell layer between the separators, cell division body formed by dividing a cell into a plurality is disposed, each cell divided body electrically to the anode of the cathode and the adjacent cell divided member They are connected in series by connecting and said separator is provided in a region corresponding to the low potential side cell divided member disposed on a person the separator, Carb
And the conductive portion consists of emissions, the non-conductive portion provided on the other area, made from the low potential side cell division of each cell layer and the high-potential-side cell division body, the other cells layer high A fuel cell, which is connected to a potential-side cell division body or a low-potential-side cell division body via the conductive portion, and in which all cell division bodies of all cell layers are connected in series.
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