高分子电解质型燃料电池制造技术

一种高分子电解质型燃料电池，其特征是，具备：经由导电性隔板将由高分子电解质膜和隔着上述电解质膜的阳极和阴极构成的单位原电池叠层而成的原电池叠层体，夹持上述原电池叠层体的一组集电板和一组端板，分别在上述原电池叠层体的阳极和阴极上供应、排出燃料气体和氧化剂气体的燃料气体和氧化剂气体的供应、排出用多支管，在与上述集电板相接触的导电性隔板上与上述集电板相接触的面上形成有与上述燃料气体或者氧化剂气体的供应、排出用多支管连通的雾气排出用槽。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于可移动电源、电动汽车用电源、家庭供热发电系统等中的高分子电解质型燃料电池及其运行方法。
技术介绍
燃料电池是通过经由选择性地输送氢离子的高分子电解质膜使含有氢的燃料气体和含有空气等氧的氧化剂气体发生化学反应，从而产生电力。通常，燃料电池采用将多个单位原电池重叠的叠层结构。燃料电池运行时，在产生电力的同时也产生热。因此，叠层电池中，每一单位原电池按数个原电池设置冷却板，将电池温度保持在一定。这是由于以下的理由。高分子电解质型燃料电池中使用的固体高分子电解质膜由于是在充分含有水分的状态下发挥作用，所以要将燃料气体和氧化剂气体加湿后供应。此时，当电池温度过高时，由于饱和蒸汽压上升，高分子电解质膜中的水分减少，电池性能降低。但是，同时，由于因电池反应，在氧化剂气体一侧产生水，所以当电池温度过低时，由于水蒸气的结露，氧化剂气体将不能充分交接，电池性能降低。因此，要将燃料电池的温度保持在最佳的温度带中。一般将多个单位原电池重叠的被称为燃料电池组的叠层体结构为交错地叠层膜、电极接合体和表面上设置有气体流路的隔板，在其两端配置取出发出的电力的集电板和绝缘板，由端板对其进行夹持。各单位原电池通过在隔板内部流动的冷却剂被冷却而保持在适当温度。但是，在靠近端板处的单位原电池上，由于与外气的温度差而产生的散热，与其他单位原电池相比原电池温度容易降低。燃料电池由于在不发电时没有因电池反应所产生的燃料，所以在位于靠近端板处的单位原电池中，原电池温度格外降低。当在这种状态下导入要开始发电的被加湿的燃料气体和氧化剂气体时，在气体流路中容易产生结露。特别是，在朝向燃料电池的远离氧化剂气体的入口侧的端板一侧的原电池上，容易在气体流路中产生结露。当产生结露时，各种气体不易向原电池转移，有可能产生发电时的电压不稳定的现象。而且，在将燃料电池的发电量抑制在低于额定输出的情况下，由于电池反应所产生的热量降低，同样在位于靠近端板处的原电池上，容易在气体流路中产生结露。即使位于原电池叠层体中央部的原电池，其温度也降低，虽不象位于靠近端板处的单位原电池那样，但也有可能出现输出不稳定。因此，要求将温度控制成，即使是在各种运行状态下，在各种发电量的情况下，靠近端板处的单位原电池的输出也不降低。通过使冷却剂常时以高的温度循环，可消除这种因结露而引起的位于靠近端板处的单位原电池的电压不稳定。但是，根据这种方法，在燃料电池的发电量非常大，发热量很大的情况下，冷却剂的温度过高，高分子电解质膜中的水分减少，原电池的发电能力降低。即，在燃料电池开始发电之前的阶段，或者发电量设定成低于额定能力的状态下，为了避免上述的结露所引起的输出不稳定而将冷却剂温度设定得较高的情况下，当其后的发电量增加时，在远离端板的单位原电池上，由于因电池反应产生的发热而电池温度过高，由于上述的理由，将产生该原电池的输出降低的新的问题。本专利技术的目的是提供一种降低最靠近端板处的端部的原电池和原电池叠层体中央的原电池的温度差所产生的输出不均衡，能够高效率地发电的高分子电解质型燃料电池。为了实现上述目的，本专利技术提供一种能够消除端部的原电池过冷却的燃料电池以及其运行方法。本专利技术提供一种消除因端部的原电池的过冷却而产生的结露水或者因其产生的气体流路的闭塞的组件。
技术实现思路
本专利技术的高分子电解质型燃料电池具备经由导电性隔板将由高分子电解质膜和隔着上述电解质膜的阳极和阴极构成的单位原电池叠层而成的原电池叠层体，夹持上述原电池叠层体的一组集电板和一组端板，分别在上述原电池叠层体的阳极和阴极上供应、排出燃料气体和氧化剂气体的燃料气体和氧化剂气体的供应、排出用多支管，设置在一部分上述导电性隔板内部的冷却剂流路，以及使冷却剂在上述冷却剂流路中循环的一组冷却剂出入口；在至少一方的端板和位于最靠近该端板处的单位原电池之间的导电性隔板在内部不具有冷却剂流路。在此，优选地在朝向上述燃料电池的远离氧化剂气体的入口一方的端板和位于最靠近该端板处的单位原电池之间的导电性隔板在内部不具有冷却剂流路。内部不具有冷却剂流路的导电性隔板优选地为与阴极相接触一侧的隔板。本专利技术提供一种使向上述燃料电池导入的冷却剂的温度对应于燃料电池的发电量变化的高分子电解质型燃料电池。附图说明图1为表示本专利技术一实施方式的高分子电解质型燃料电池组的主视图。图2为表示本专利技术其他实施方式的高分子电解质型燃料电池组的主视图。图3为现有的高分子电解质型燃料电池组的主视图。图4为本专利技术的高分子电解质型燃料电池组的原电池的温度特性图。图5为同一燃料电池组的原电池的电压特性图。图6为现有的高分子电解质型燃料电池组的原电池的温度特性图。图7为同一燃料电池组的原电池的电压特性图。图8为其他现有的高分子电解质型燃料电池组的原电池的温度特性图。图9为同一燃料电池组的原电池的温度特性图。图10为表示本专利技术实施方式3的燃料电池装置结构的视图。图11为表示实施方式4的燃料电池装置结构的视图。图12为比较例2的燃料电池装置的原电池温度特性图。图13为同一燃料电池装置的原电池电压特性图。图14为实施例2的燃料电池装置的原电池温度特性图。图15为同一燃料电池装置的原电池电压特性图。图16为比较例3的燃料电池装置的原电池温度特性图。图17为同一燃料电池装置的原电池电压特性图。图18为实施例4的燃料电池装置的原电池温度特性图。图19为同一燃料电池装置的原电池电压特性图。图20为表示实施方式5的燃料电池装置结构的视图。图21为同一燃料电池的隔板阴极一侧的主视图。图22为表示实施方式6的燃料电池装置结构的视图。图23为表示实施方式7的燃料电池装置结构的视图。图24为表示实施例4的燃料电池装置的电压动作和压力损失动作的视图。图25为表示实施例5的燃料电池装置的电压动作和压力损失动作的视图。图26为表示实施例6的燃料电池装置的电压动作和压力损失动作的视图。图27为实施方式8的燃料电池的俯视图。图28为同一电池的主视图。图29为图27的X-X向剖视图。图30为同一电池的隔板阴极一侧的主视图。图31为同一隔板阳极一侧的主视图。图32为实施方式9的燃料电池的纵向剖视图。图33为实施方式10的燃料电池的纵向剖视图。图34为表示实施方式11的电池中特定原电池的电压所时间变化的视图。图35为表示比较例的电池中特定原电池的电压随时间变化的视图。具体实施例方式本专利技术通过在经由导电性隔板叠层单位原电池的原电池叠层体上，在至少在一方的端板和位于最靠近该端板处的单位原电池之间插入内部不具有冷却剂流路的导电性隔板，防止端部原电池的过冷却。因此，通过使端部原电池的输出稳定，同时端部以外的原电池充分冷却，提供一种高效率发电的高分子电解质型燃料电池。本专利技术的优选实施方式中的高分子电解质型燃料电池还具有调整上述冷却剂入口侧的温度的冷却剂温度调整组件，测定上述冷却剂温度的温度测定组件，以及根据上述温度测定组件的温度信息控制上述冷却剂温度调整组件的温度控制组件。在这种实施方式中，还具备测定原电池叠层体的温度的第2温度测定组件，上述温度控制组件的结构优选地为根据来自上述温度控制组件和第2温度测定组件的温度信息控制上述冷却剂温度调整组件。本专利技术优选的其他实施方式中的高分子电解质型燃料电池还具备设置在上述氧化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分子电解质型燃料电池，其特征是，具备：经由导电性隔板将由高分子电解质膜和隔着上述电解质膜的阳极和阴极构成的单位原电池叠层而成的原电池叠层体，夹持上述原电池叠层体的一组集电板和一组端板，分别在上述原电池叠层体的阳极和阴极上供应、排出燃料气体和氧化剂气体的燃料气体和氧化剂气体的供应、排出用多支管，在与上述集电板相接触的导电性隔板上与上述集电板相接触的面上形成有与上述燃料气体或者氧化剂气体的供应、排出用多支管连通的雾气排出用槽。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎达人，长谷伸启，日下部弘树，小原英夫，竹口伸介，山本义明，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]