JPH01186762A - 溶融炭酸塩形燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩形燃料電池Info
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- JPH01186762A JPH01186762A JP63008957A JP895788A JPH01186762A JP H01186762 A JPH01186762 A JP H01186762A JP 63008957 A JP63008957 A JP 63008957A JP 895788 A JP895788 A JP 895788A JP H01186762 A JPH01186762 A JP H01186762A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fastening
- fuel cell
- manifold
- tightening
- battery stack
- Prior art date
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
- H01M8/2485—Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack
-
- Y—GENERAL 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
- 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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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、外部マニホールド方式の溶融炭酸塩形燃料電
池において、マニホールドと電池積層体とを締付ける締
付構造に関する。
池において、マニホールドと電池積層体とを締付ける締
付構造に関する。
溶融炭酸塩形燃料電池は、一般に、電解質を含有した電
解質板の両側にアノードおよびカソードの2種類の電極
を配して単電池を構成し、この単電池をセパレータを介
して、複数個積層して構成されている。
解質板の両側にアノードおよびカソードの2種類の電極
を配して単電池を構成し、この単電池をセパレータを介
して、複数個積層して構成されている。
アノードおよびカソードの2つの電極においては、それ
ぞれ式+11および(2)で示される反応が起こり、そ
の結果として電気エネルギを得る仕組みとなっている。
ぞれ式+11および(2)で示される反応が起こり、そ
の結果として電気エネルギを得る仕組みとなっている。
アノード反応
H!+CO3”−= LO+ C(h + 2e−
(11力ソード反応 % 01 + COI +28− →COz”−+2
1この反応を連続して起こさせるためには、それぞれの
電極に系の外部より、連続して、それぞれの反応ガスを
供給し続ける必要がある。
(11力ソード反応 % 01 + COI +28− →COz”−+2
1この反応を連続して起こさせるためには、それぞれの
電極に系の外部より、連続して、それぞれの反応ガスを
供給し続ける必要がある。
この反応ガスの供給方法について大別すると次の2種類
の方法がある。
の方法がある。
その1つは、反応ガスをそれぞれの電極に供給するため
のガス分岐管(いわゆるマニホールド)を電池の内部に
有している、いわゆる内部マニホールド方式であり、も
う1つは、ガス分岐管が電池の外部に取りつけられてい
る、いわゆる外部マニホールド方式である。
のガス分岐管(いわゆるマニホールド)を電池の内部に
有している、いわゆる内部マニホールド方式であり、も
う1つは、ガス分岐管が電池の外部に取りつけられてい
る、いわゆる外部マニホールド方式である。
この2つの方式の熔融炭酸塩形燃料電池において、本発
明は、外部マニホールド方式の電池に関するものであり
、以下、この外部マニホールド方式の溶融炭酸塩形燃料
電池における従来技術について述べる。
明は、外部マニホールド方式の電池に関するものであり
、以下、この外部マニホールド方式の溶融炭酸塩形燃料
電池における従来技術について述べる。
第6図は従来の外部マニホールド方式の溶融炭酸塩形燃
料電池の断面図である0図において1は炭酸塩を含有す
る電解質板であり、2は電解質板1を挟持するアノード
とカソードとをそれぞれ包み、画電極に反応ガスを供給
する反応ガスの通路を両面にそれぞれ設けたセパレート
板である。なお、電解質板1とセパレート板2との隙間
はウェットシールされる。単電池3は電解質板1とアノ
ードとカソードと反応ガスのj路を有するセパレート板
2とからなり、電池積層体4は単電池3を複数積層して
構成され、電池積層体4の両端面に絶縁板5を介して配
された締付板8を貫通する締付スタンド6によりばね7
を介して締付けられている。電池積層体4の側面には反
応ガスを給排するマニホールド10がシール材9を介し
て取付けられ、マニホールドlOは板状の締付金具11
により締付板8にねじ込まれた締付ボルト12によりば
ね13もに電池積層体4から距離を離して設置されてい
る。なお、断熱材16は電池積層体4等の燃料電池本体
を覆って取付けられ、ばね7−13は断熱材16からも
離れた位置に設けられている。
料電池の断面図である0図において1は炭酸塩を含有す
る電解質板であり、2は電解質板1を挟持するアノード
とカソードとをそれぞれ包み、画電極に反応ガスを供給
する反応ガスの通路を両面にそれぞれ設けたセパレート
板である。なお、電解質板1とセパレート板2との隙間
はウェットシールされる。単電池3は電解質板1とアノ
ードとカソードと反応ガスのj路を有するセパレート板
2とからなり、電池積層体4は単電池3を複数積層して
構成され、電池積層体4の両端面に絶縁板5を介して配
された締付板8を貫通する締付スタンド6によりばね7
を介して締付けられている。電池積層体4の側面には反
応ガスを給排するマニホールド10がシール材9を介し
て取付けられ、マニホールドlOは板状の締付金具11
により締付板8にねじ込まれた締付ボルト12によりば
ね13もに電池積層体4から距離を離して設置されてい
る。なお、断熱材16は電池積層体4等の燃料電池本体
を覆って取付けられ、ばね7−13は断熱材16からも
離れた位置に設けられている。
このような構造により、溶融炭酸塩形燃料電池はマニホ
ールド10を介して給排される反応ガスである燃料ガス
をアノードに、酸化剤ガスをカソードに供給することに
より電極上で電気化学反応を起こさせ、反応ガスの化学
エネルギを直接電気エネルギに変換して発電する。
ールド10を介して給排される反応ガスである燃料ガス
をアノードに、酸化剤ガスをカソードに供給することに
より電極上で電気化学反応を起こさせ、反応ガスの化学
エネルギを直接電気エネルギに変換して発電する。
1序 孜
〔発明が解決しようとする澗1−翻
溶融炭酸塩形燃料電池において連続して効率よく電気エ
ネルギを得るためには、全ての電極に均一に反応ガスを
供給し続ける必要がある。そこで、これを達成するまた
めには、マニホールド取り付は部分や電池積層体の締付
部分における反応ガスの漏れが非常に重要な問題となる
。つまり、もしこの部分より、反応ガスが漏れると、電
池全体として供給されるガスの総量が減少し、ガスの利
用率(発電に使用されるガスと供給されるガスの比率)
が高くなる。ガスの利用率が高くなった場合には、個々
の電極に供給されるガスの総量が減少し、その結果とし
て、それぞれの電極の電気化学的な反応が阻害されるよ
うになり、それぞれの電極の分極が大きくなり、電池と
しての出力電圧が低下するという現象が起こってくる。
ネルギを得るためには、全ての電極に均一に反応ガスを
供給し続ける必要がある。そこで、これを達成するまた
めには、マニホールド取り付は部分や電池積層体の締付
部分における反応ガスの漏れが非常に重要な問題となる
。つまり、もしこの部分より、反応ガスが漏れると、電
池全体として供給されるガスの総量が減少し、ガスの利
用率(発電に使用されるガスと供給されるガスの比率)
が高くなる。ガスの利用率が高くなった場合には、個々
の電極に供給されるガスの総量が減少し、その結果とし
て、それぞれの電極の電気化学的な反応が阻害されるよ
うになり、それぞれの電極の分極が大きくなり、電池と
しての出力電圧が低下するという現象が起こってくる。
また、マニホールドや電池積層体の締付部分のごく一部
において、多量のガスが漏れた場合には、電池全体とし
てのガス供給量が少なくなる一方、ガス漏れの激しい部
分やその付近の電池には、供給されるガスの量が特に少
なくなり、特定の電池の特性低下が大きくなり、その結
果として、電池の定常的な運転が継続出来なくなる。
において、多量のガスが漏れた場合には、電池全体とし
てのガス供給量が少なくなる一方、ガス漏れの激しい部
分やその付近の電池には、供給されるガスの量が特に少
なくなり、特定の電池の特性低下が大きくなり、その結
果として、電池の定常的な運転が継続出来なくなる。
また、特に燃料系のガスが外部に漏れるような場合には
、燃料ガスと酸化剤ガスが電池の外部において、直接反
応を起こし、場合によっては、爆発をするという危険性
も有している。
、燃料ガスと酸化剤ガスが電池の外部において、直接反
応を起こし、場合によっては、爆発をするという危険性
も有している。
以上の理由により、マニホールドや電池積層体の締付は
環境の安全を維持し、しかも電池の出力を保つために、
非常に重要な因子となる。
環境の安全を維持し、しかも電池の出力を保つために、
非常に重要な因子となる。
次に第6図に従い具体的な従来の問題点について述べる
。
。
溶融炭酸塩形燃料電池は、一般にその作動温度が600
〜700℃と高温であるために、例えば、比較的低温で
作動するリン酸形燃料電池〜の場合のように、作動温度
雰囲気下において、マニホールドや電池積層体の締付用
として、通常のばねをそのまま使用することはできない
、そこで第6図に示すように、やむをえずマニホールド
10や電池積層体4の締付材としてばね13,7をそれ
ぞれ使用する場合には、ばね13,7と電池積層体4と
の距離をそれぞれ十分に長くとる一方、この間に断熱材
16を配し、電池積層体4からの輻射熱がマニホールド
10や電池積層体4の締付材に出来るだけ伝達しない工
夫が必要である。このために燃料電池本体の大きさが非
常に大きくなり、例えば、燃料電池を高圧下で運転する
場合には、燃料電池本体が収納される圧力容器の大きさ
が非常に大きくなるという欠点がある。
〜700℃と高温であるために、例えば、比較的低温で
作動するリン酸形燃料電池〜の場合のように、作動温度
雰囲気下において、マニホールドや電池積層体の締付用
として、通常のばねをそのまま使用することはできない
、そこで第6図に示すように、やむをえずマニホールド
10や電池積層体4の締付材としてばね13,7をそれ
ぞれ使用する場合には、ばね13,7と電池積層体4と
の距離をそれぞれ十分に長くとる一方、この間に断熱材
16を配し、電池積層体4からの輻射熱がマニホールド
10や電池積層体4の締付材に出来るだけ伝達しない工
夫が必要である。このために燃料電池本体の大きさが非
常に大きくなり、例えば、燃料電池を高圧下で運転する
場合には、燃料電池本体が収納される圧力容器の大きさ
が非常に大きくなるという欠点がある。
麩IF% 444 y−
また前述のようにWキ唸マニホールド
10や電池積層体4の締付用のばね13.7との距離を
それぞれ長くしたとしても、熱は伝導の形態で伝達し、
マニホールド10や電池積層体4の締付用のばね自体が
劣化し、ばねとしての機能を喪失する可能性があった。
それぞれ長くしたとしても、熱は伝導の形態で伝達し、
マニホールド10や電池積層体4の締付用のばね自体が
劣化し、ばねとしての機能を喪失する可能性があった。
このためマニホールドにおいては電池積層体とマニホー
ルド′とのシール部分から、また電池積層体においては
電解質板とセパレート板とのウェットシール部から反応
ガスが漏れ、電池特性が低下する。また電池積層体を締
付けるばねの機能低下により電池内の内部抵抗が大きく
なり、この点からも電池特性が低下するという欠点があ
る。
ルド′とのシール部分から、また電池積層体においては
電解質板とセパレート板とのウェットシール部から反応
ガスが漏れ、電池特性が低下する。また電池積層体を締
付けるばねの機能低下により電池内の内部抵抗が大きく
なり、この点からも電池特性が低下するという欠点があ
る。
本発明の目的は、溶融炭酸塩形燃料電池の高温の運転温
度においても、十分マニホールドと電池積層体との締付
圧を維持でき、かつマニホールドを含む燃料電池本体の
大きさを小さくできる溶融上記績を解決するために、本
発明によれば単電池を積層してなる電池積層体に反応ガ
スを給排するマニホールドを前記電池積層体−4114
に取鷲? 付ける溶融炭酸塩形燃料電池において、前記マニホール
ドと電池積層体とを締付ける締付手段を熱膨張係数の異
なる材料を接着してなるバイメタルを備えた構造にする
ものとする。
度においても、十分マニホールドと電池積層体との締付
圧を維持でき、かつマニホールドを含む燃料電池本体の
大きさを小さくできる溶融上記績を解決するために、本
発明によれば単電池を積層してなる電池積層体に反応ガ
スを給排するマニホールドを前記電池積層体−4114
に取鷲? 付ける溶融炭酸塩形燃料電池において、前記マニホール
ドと電池積層体とを締付ける締付手段を熱膨張係数の異
なる材料を接着してなるバイメタルを備えた構造にする
ものとする。
マニホールドと電池積層体との締付手段を構成する部材
として熱膨張係数の異なる2種類の材料を接着したバイ
メタルを使用することにより、溶融炭酸塩形燃料電池の
運転時の高温の電池積層体からの熱伝達により熱膨張係
数の相異によりバイメタルに変形を生じさせようとする
が、この変形を拘束することにより発生する力によりマ
ニホールドと電池積層体とを締付ける。
として熱膨張係数の異なる2種類の材料を接着したバイ
メタルを使用することにより、溶融炭酸塩形燃料電池の
運転時の高温の電池積層体からの熱伝達により熱膨張係
数の相異によりバイメタルに変形を生じさせようとする
が、この変形を拘束することにより発生する力によりマ
ニホールドと電池積層体とを締付ける。
以下、図面に基づいて本発明の実施例につし)て説明す
る。第1図は本発明の実施例による溶融炭する。第1図
において従来例と異なるのはマニホールド10を締付板
8に締付金具11により締付ける際、締付スタンド12
にリング状の皿ばね18を、また電池積層体4を締付板
8により締付ける締付スタンド6に皿ばね19を従来の
ように円筒台を設けずに断熱材16内の電池積層体4の
近くに設けたことである0皿ばね18.19はいずれも
第2図に示すように耐熱性を有し、熱膨張係数の異なる
材料、例えばマルテンサイト系ステンレス合金板20と
オーステナイト系ステンレス合金板21とを接着して形
成される。なおオーステナイト系ステンレス合金板の方
がマルテンサイト系ステンレス合金板より熱膨張係数が
大きい。
る。第1図は本発明の実施例による溶融炭する。第1図
において従来例と異なるのはマニホールド10を締付板
8に締付金具11により締付ける際、締付スタンド12
にリング状の皿ばね18を、また電池積層体4を締付板
8により締付ける締付スタンド6に皿ばね19を従来の
ように円筒台を設けずに断熱材16内の電池積層体4の
近くに設けたことである0皿ばね18.19はいずれも
第2図に示すように耐熱性を有し、熱膨張係数の異なる
材料、例えばマルテンサイト系ステンレス合金板20と
オーステナイト系ステンレス合金板21とを接着して形
成される。なおオーステナイト系ステンレス合金板の方
がマルテンサイト系ステンレス合金板より熱膨張係数が
大きい。
なお、必要とする締付力に応じてバイメタルの寸法や皿
ばねの組合わせを適宜選択して締付を行う。
ばねの組合わせを適宜選択して締付を行う。
このような構造により、溶融炭酸塩形燃料電池を運転温
度で運転すると、運転温度により皿ばね18、19が熱
伝導により高温になり、皿ばね1B、 19は第3図に
示すように変形しようとするが、この変形は拘束される
ので、この変形の拘束による力がマニホールド10と電
池積層体4とをそれぞれ締付ける。
度で運転すると、運転温度により皿ばね18、19が熱
伝導により高温になり、皿ばね1B、 19は第3図に
示すように変形しようとするが、この変形は拘束される
ので、この変形の拘束による力がマニホールド10と電
池積層体4とをそれぞれ締付ける。
なお、上記の構造により電池積層体等の燃料電池本体は
小さくなり、燃料電池本体を高圧の下で運転するために
収納する圧力容器の大きさは従来に比べて約3分の2に
なる。
小さくなり、燃料電池本体を高圧の下で運転するために
収納する圧力容器の大きさは従来に比べて約3分の2に
なる。
第4図は本発明の異なる実施例による溶融炭酸塩形燃料
電池の部分正面図である0本実施例ではマニホールド1
0を締付ける板状の締付金具を前述と同じ材料構成によ
るバイメタル板24とし、これを締付用ボルト25によ
り締付けたものである。なおバイメタル24は熱膨張係
数の大きい材料、すなわちオーステナイト系ステンレス
合金板を電池積層体側に配置する必要がある。
電池の部分正面図である0本実施例ではマニホールド1
0を締付ける板状の締付金具を前述と同じ材料構成によ
るバイメタル板24とし、これを締付用ボルト25によ
り締付けたものである。なおバイメタル24は熱膨張係
数の大きい材料、すなわちオーステナイト系ステンレス
合金板を電池積層体側に配置する必要がある。
このような締付構造によるマニホールド10の締付によ
り前述と同じ作用、効果が得られる。
り前述と同じ作用、効果が得られる。
第5図は本発明の他の異なる実施例による溶融炭酸塩形
燃料電池の部分正面図である0本実施例では前述と同じ
材料構成のバイメタル板26をマニホールド10と押さ
え板27との間に介挿し、押さえ板27を貫通する締付
ボルト28を直接締付板8にねじ込んで、マニホールド
10を締付ける構造にしている。なお、この構造におい
てはバイメタル板19は熱膨張係数の大きい材料側を電
池積層体側にしても、またその逆の構成にしても良い。
燃料電池の部分正面図である0本実施例では前述と同じ
材料構成のバイメタル板26をマニホールド10と押さ
え板27との間に介挿し、押さえ板27を貫通する締付
ボルト28を直接締付板8にねじ込んで、マニホールド
10を締付ける構造にしている。なお、この構造におい
てはバイメタル板19は熱膨張係数の大きい材料側を電
池積層体側にしても、またその逆の構成にしても良い。
このような締付構造によるマニホールドの締付により前
述と同じ作用、効果が得られる。
述と同じ作用、効果が得られる。
以上の説明で明らかなように、本発明によればマニホー
ルドや電池積層体を締付ける締付手段を熱膨張係数の異
なる2種類の材料を接着したバイメタルを備えた構造に
したことにより、従来の締付材として通常のばねを使用
した場合に比べてバイメタルによる締付力の劣化が少な
くなるので、長期間の安定した燃料電池の運転が可能に
なるという効果がある。またバイメタルは燃料電池の電
池積層体の近くに配置されるので、燃料電池本体の大き
さが従来のものに比較してコンパクトに構成され、燃料
電池本体を高圧の下で運転する場合、燃料電池本体を収
納する圧力容器も小さくなり、コストが低減するという
効果もある。
ルドや電池積層体を締付ける締付手段を熱膨張係数の異
なる2種類の材料を接着したバイメタルを備えた構造に
したことにより、従来の締付材として通常のばねを使用
した場合に比べてバイメタルによる締付力の劣化が少な
くなるので、長期間の安定した燃料電池の運転が可能に
なるという効果がある。またバイメタルは燃料電池の電
池積層体の近くに配置されるので、燃料電池本体の大き
さが従来のものに比較してコンパクトに構成され、燃料
電池本体を高圧の下で運転する場合、燃料電池本体を収
納する圧力容器も小さくなり、コストが低減するという
効果もある。
第1図は本発明の実施例による溶融炭酸塩形燃料電池の
部分正面図、第2図は第1図のバイメタルの構造を示す
断面図、第3図は第2図のバイメタルの燃料電池運転時
の変形すべき形状を示す断面図、第4図は本発明の異な
る実施例による溶融炭酸塩形燃料電池の部分正面図、第
5図は本発明の他の異なる実施例による溶融炭酸塩形燃
料電池の部分正面図、第6図は従来の溶融炭酸塩形燃料
電池の部分正面図である。 ン:単電池、4:電池積層体、1B、 19.24゜代
理人升埋士 山 口 u、、’ν 第1図 抜、1318.19 第2図 第3図 第4図 第5図
部分正面図、第2図は第1図のバイメタルの構造を示す
断面図、第3図は第2図のバイメタルの燃料電池運転時
の変形すべき形状を示す断面図、第4図は本発明の異な
る実施例による溶融炭酸塩形燃料電池の部分正面図、第
5図は本発明の他の異なる実施例による溶融炭酸塩形燃
料電池の部分正面図、第6図は従来の溶融炭酸塩形燃料
電池の部分正面図である。 ン:単電池、4:電池積層体、1B、 19.24゜代
理人升埋士 山 口 u、、’ν 第1図 抜、1318.19 第2図 第3図 第4図 第5図
Claims (1)
- 1)単電池を積層してなる電池積層体に反応ガスを給排
するマニホールドを前記電池積層体に取付けてなる溶融
炭酸塩形燃料電池において、前記マニホールドと電池積
層体とを締付ける締付手段を熱膨張係数の異なる材料を
接着してなるバイメタルを備えた構造にすることを特徴
とする溶融炭酸塩形燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63008957A JPH01186762A (ja) | 1988-01-19 | 1988-01-19 | 溶融炭酸塩形燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63008957A JPH01186762A (ja) | 1988-01-19 | 1988-01-19 | 溶融炭酸塩形燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01186762A true JPH01186762A (ja) | 1989-07-26 |
Family
ID=11707151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63008957A Pending JPH01186762A (ja) | 1988-01-19 | 1988-01-19 | 溶融炭酸塩形燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01186762A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100452866B1 (ko) * | 2002-05-31 | 2004-10-14 | 현대자동차주식회사 | 전기 자동차용 연료 전지 스택 적층장치 |
-
1988
- 1988-01-19 JP JP63008957A patent/JPH01186762A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100452866B1 (ko) * | 2002-05-31 | 2004-10-14 | 현대자동차주식회사 | 전기 자동차용 연료 전지 스택 적층장치 |
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