JPH04111147U - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】セル積層体にガスケットを介して装着するガス
マニホルドのドレン配管の絶縁継手がドレンによって液
絡するのを防止し、セル積層体の絶縁性を維持する。 【構成】セル積層体12にガスケット14を介してガスマニ
ホルド13を装着し、このガスマニホルド13にドレン配管
16を接続し、このドレン配管16を絶縁継手19を介して外
部配管17と接続する。しかして、絶縁継手19は内法をド
レン配管の外形より大きくし、また、ドレン配管16の端
部を絶縁継手19内に突出させた状態で接続する。

Description

【考案の詳細な説明】

［考案の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、燃料電池に係り、特にガスマニホルドのリン酸ドレン構造の改良に 関する。

【０００２】

【従来の技術】

周知のように燃料電池は、燃料が保有している化学的エネルギーを直接電気エ ネルギーに変換する装置である。この燃料電池は、通常電解質を挟んで一対の多 孔質電極を配置すると共に一方の電極の背面に水素など気体燃料を接触させ、ま た他方の電極の背面に酸素など酸化剤を接触させ、この時に起こる電気化学的反 応により発生する電気エネルギーを上記一対の電極から取り出すようにしたもの である。

【０００３】 電解質としては、溶融炭酸塩、アルカリ溶液、酸性溶液などがあるが、以下燃 料電池として代表的なリン酸を電解質とする燃料電池の原理を図３を参照して説 明する。同図において、電解質層１はマトリックス層を形成する繊維質シートま たは鉱物質粉末にリン酸を含浸して形成したものである。２はアノード、３はカ ソードで炭素質の多孔性の電極であり、電解質層１に接する面に通常白金溶媒を 塗布している。４は水素を含むガスの流れる空間であり、５は酸化剤気体、普通 は空気の流れる空間である。この空間４に流入した水素ガスは、多孔性電極であ るアノード２の空孔に拡散して触媒に達する。ここで、水素ガスは水素イオンと 電子に触媒の作用で解離する。反応式は Ｈ₂ →２Ｈ⁺ ＋２ｅ である。水素イオンは、電解質層１に入り濃度拡散及び電界作用によりカソード ３に向かって泳動する。一方、水素ガスの解離により分離した電子はアノード２ に流れこむ。カソード３では、アノード２から泳動してきた水素イオンと、酸化 剤として空間４に供給され更にカソード３の空孔を拡散してきた酸素と、アノー ド２から外部の電気負荷を通って仕事をしカソード３に戻ってきた電子の３者が 触媒表面で次の反応を起こす。 ４Ｈ⁺ ＋４ｅ＋Ｏ₂ →２Ｈ₂ Ｏ

【０００４】 このようにして、水素が酸化され水になる反応と、このときの化学的エネルギー が電気エネルギーとなって外部の電気負荷中で電気エネルギーを与える電池とし ての全反応が完成する。

【０００５】 通常燃料電池は、上記のような構成による単位セルを複数積層して構成されて いる。このように単位セルを積層化するに際しては、各単位セル間の電気的接続 経路を確保すると同時に、各単位セルに反応ガスを供給し、また、反応生成物を 除去するガス通路を確保する必要がある。さらに、燃料電池においてはセルの長 時間の運転を可能とするため、電解質を絶えず電解質層（以下、マトリックス層 という）に供給するようなセル構造が必要である。そこで、従来リブ付きの電極 構造が提案されており、また、多数のセルを積層したセル積層体に反応ガスを供 給するガスマニホルドが具備されている。このガスマニホルドは、上記セル積層 体に対してガスケットを介して取付けられており、これによって、マニホルドは セル積層体と絶縁されると共に各セルの短絡が防止されている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、セル内には多くのリン酸が保持されおり、燃料電池本体を発電運転 すると、セル内に保持されいるリン酸がセル積層体12の側面から滲み出し、ガス マニホルドの中にリン酸ドレンとして流れ出る。そこで、従来は図４および図５ に示すように、セル積層体12にガスケット14を介して取付けられているガスマニ ホルド13の下部にドレン配管16を接続している。また、ドレン配管16の外部側は 、通常アース電位としているので、絶縁継手18を介して外部配管17と接続してい る。しかしながら、この絶縁継手18の内壁にはリン酸ドレンの液膜が付着し、絶 縁継手の絶縁機能を低下させる原因になっていた。また、リン酸ドレンの発生に よって、ガスケット14の表面も液絡状態となり絶縁が低下する。これにより、セ ル積層体12の絶縁低下を生じ、リーク電流が発生し、セル積層体構成材料の電蝕 の原因になり、燃料電池寿命を短くする原因となっていた。さらに、漏電または 感電という安全上の問題にもなっていた。

【０００７】 本考案は、上記した事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところはガ スマニホルドのドレン配管の絶縁継手がドレンによって液絡するのを防止し、セ ル積層体の絶縁性を維持することを可能とした燃料電池を提供することにある。 ［考案の構成］

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案は、圧力容器の内部に単位セルを積層してなるセル積層体を収納し、こ のセル積層体の側面にガスマニホルドを装着すると共に、このガスマニホルドに ドレン配管を接続し、このドレン配管を絶縁継手を介して外部配管に接続してな る燃料電池において、絶縁継手は内法をドレン配管の外径より大きくし、かつド レン配管の上部側の端部を絶縁継手内に突出して接続するようにしたものである 。

【０００９】

【作用】

ガスマニホルドからのドレン（電解質の）は、ドレン配管の端部から直接絶縁 継手の底部に滴下し、内壁を伝わって流れない。したがって、絶縁継手の内壁は 乾いた状態に維持されて電解質液膜切り機能を有し、ドレンによる液絡を防止し 、セル積層体の絶縁性を維持することができる。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明する。図１は、本考案の一実施 例を示す断面図であり、図２は図１の“Ａ”部の拡大図である。図１および図２ において、11は圧力容器、12 はこの圧力容器11の内部に収納されるセル積層体、 13はこのセル積層体12にガスケット14を介して装着されるガスマニホルド、15は 冷却水を供給または排出する冷却管、16はガスマニホルド13の下部に接続される ドレン配管、17はこのドレン配管16に絶縁継手19を介して接続される外部配管で ある。絶縁継手19は、電解質液膜切りポットとなるもので、ドレン配管16の外径 より大きい内法を有する本体部19ａと、この本体部19ａの上部を閉止すると共に ドレン配管16を接続する蓋部19ｂと、本体部19ａの下部を閉止すると共に外部配 管17を接続する底部19ｃで構成されている。また、ドレン配管16は、その下部を 適宜長さだけ絶縁継手19内へ差し込んで接続する。

【００１１】 次に、上記した実施例の作用を説明する。セル積層体12から滲み出し、ガスマ ニホルド13中に流れ出たリン酸ドレンは、図２に示すようにドレン配管16の下端 から絶縁継手19の底部19ｃに滴下し、外部配管17を介して外部へ排出され、本体 部19ａの内壁を伝わって流れることがない。したがって、以上のように構成する ことにより、ドレン配管16および外部配管17を介しての絶縁低下が防止され、燃 料電池本体の絶縁が確保され、セル積層体12の腐食も防止され、燃料電池寿命を 大幅に延ばすことができ、さらには燃料電池発電プラントの安全性も確保できる 。本考案者は、ドレン配管16および外部配管17として外径10mmのＳＵＳ管を用い 、絶縁継手19としてポリテトラフルオチロチレン（ＰＴＦＥ）からなる内径１５
ｍｍ 、長さ３０ｍｍのチューブを用い、ドレン配管16および外部配管17と絶縁継手19
とは ＰＴＦＥ製のＯリングで接続したものを試作し、ドレン配管16から85％のリン酸 を流したところ、ドレン配管16の下端からリン酸液滴となって絶縁継手19の底部 に滴下し、絶縁継手の内壁に付着することがなかった。なお、ドレン配管16およ び外部配管17には、ＰＴＦＥチューブを用いることもできる。

【００１２】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、ガスマニホルドのドレン配管を、このド レン配管の外径より大きい内法を有する絶縁継手を介して接続し、かつ上部側の ドレン配管の下端を絶縁継手内に突出させているので、セル積層体からガスマニ ホルド内に電解質が流出し、ガスマニホルドのガスケット表面が電解質で液絡し てドレン配管と短絡しても、ドレン配管は絶縁継手により絶縁が確保され、セル 積層体は外部配管から絶縁された状態に維持される。これにより、セル積層体構 成材料のリーク電流による電蝕が防止され、かつ、燃料電池発電プラントの安全 性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す断面図。

【図２】図１の“Ａ”部拡大図。

【図３】燃料電池の原理の説明図。

【図４】従来の燃料電池の要部を示す部分断面図。

【図５】図４の“Ｂ”部拡大図。

【符号の説明】

11…圧力容器、12…セル積層体、13…ガスマニホルド、
14…ガスケット、16…ドレン配管、17…外部配管、18，
19…絶縁継手。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力容器の内部に単位セルを積層してな
   るセル積層体を収納し、このセル積層体の側面にガスマ
   ニホルドを装着すると共に、このガスマニホルドにドレ
   ン配管を接続し、このドレン配管を絶縁継手を介して外
   部配管に接続してなる燃料電池において、前記絶縁継手
   は内法を前記ドレン配管の外径より大きくし、かつ前記
   ドレン配管の上部側の端部を前記絶縁継手内に突出して
   接続するようにしたことを特徴とする燃料電池。