JPH04296462A - 燃料電池 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、一つの筐体内部に複数
の単電池積層体を収納した燃料電池において、各単電池
積層体に対する反応ガス循環用のマニホールドに改良を
施した燃料電池に関する。

【０００３】

【従来の技術】燃料電池は、燃料のもつ化学エネルギー
を、電気化学プロセスで酸化させることにより、酸化反
応に伴って放出されるエネルギーを、直接電気エネルギ
ーに変換する装置である。この燃料電池を用いた発電シ
ステムは、比較的小さな規模であっても、発電の熱効率
が４０〜５０％にも達し、新鋭火力発電をはるかにしの
ぐと期待されている。

【０００４】また、近年大きな社会問題になっている公
害要因であるＳＯｘ、ＮＯｘ　の排出が極めて少なく、
発電装置内に燃料サイクルを含まないため、大量の冷却
水を必要とせず、振動も小さいことなどから、騒音・排
ガス等の環境問題が少ないという利点がある。さらに、
負荷変動に対して応答性が良く、原理的に高い変換効率
が期待できると共に、発電と同時に熱も利用するコジェ
ネシステムに向いている等の特徴があることから、その
研究開発に期待と関心が寄せられている。

【０００５】ところで、燃料電池は、反応ガスの運転圧
力により、高圧型、低圧型、常圧型に分類できるが、な
かでも常圧型は、その構造やシステムが簡単なため、一
般需要家をターゲットとしたオンサイト用に適している
。

【０００６】オンサイト用燃料電池は、その需要規模に
より、例えば５０ｋＷ〜１０００ｋＷの出力幅があるが
、これらの各出力段階に対して、それぞれ異なったサイ
ズの単電池（セルと呼ばれる）で設計するのは、セルを
大量生産する上で好ましくない。そのため、セルサイズ
は１種類とし、セルの積層数を変化させることによって
出力を調整することが一般に行なわれている。

【０００７】ところが、出力が１０００ｋＷに達すると
、現在の技術では、積層されるセルの高さが陸上輸送限
界を大きく越えてしまうため、さらに大きなセルを製作
するか、または複数の積層体を必要としていた。

【０００８】また、セルは比較的脆い材料で構成されて
いるため、製作時の取扱いや大量生産に適した寸法形状
とする必要があり、現在の技術では、１辺が約１ｍ程度
の正方形のものが適当と考えられている。このため、大
容量の常圧形燃料電池としては、正方形のセルを積層し
た複数個の積層体（セルスタックと呼ばれる）を、でき
るだけ小さい筐体に収納する必要があった。

【０００９】従来、この種の装置としては、たとえば、
特開昭６０−９３７６４号公報に示されたものが知られ
ている。即ち、図９及び図１０は、この様な従来の燃料
電池を単純化して示すために、２個の単電池積層体１を
１つの筐体２０内に収納したところを示したものである
。

【００１０】これらの図において、電解質を含有する電
解質層（マトリックス層と呼ばれる）を挟んで一対の多
孔質電極を配置して成る単電池２を、四角柱状に複数個
積層して単電池積層体１が構成されている。この単電池
積層体１は、その上下両面に配設された締付板３を介し
てタイロッド４により一体に締め付け固定されている。 この単電池積層体１には、電力取り出し用のブスバー２
１が設けられている。

【００１１】また、単電池積層体１の四方の側面には、
それぞれ反応ガス循環用のマニホールド５ａ，５ｂ及び
６ａ，６ｂが設けられている。マニホールド５ａ，５ｂ
及び６ａ，６ｂは、その周囲に配置されたスタッド７及
び締付板８によって、前記単電池積層体１に対して固定
されている。

【００１２】ところで、この様な従来の燃料電池におい
ては、反応ガスとして燃料ガスと空気との２種類が使用
されることから、図９に示すように、反応ガス循環用の
マニホールドは、燃料ガスＦ用のマニホールド５ａ，５
ｂと空気Ａ用のマニホールド６ａ，６ｂとが使用される
。しかも、各マニホールドには、反応ガスを供給排出す
るためのガスダクト１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂが
接続されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構成を有
する従来の燃料電池においては、１つの筐体２０内に２
個の単電池積層体１が収納されて１つのパッケージを構
成しているため、このパッケージを工場で組み立て試験
を行った後、現地へ輸送して据え付けることが作業能率
の上からは好ましい。そのためには、パッケージの大き
さを輸送限界との関係から、ある一定の寸法以下、特に
その長さを５ｍ以下に抑えることが必要である。ところ
が、大容量のオンサイト燃料電池が望まれている近年で
は、単電池のサイズが大きくなり、それに伴って輸送時
のパッケージ寸法も大きくなる傾向にあり、前記のよう
な輸送限界寸法を越えてしまうことがある。

【００１４】特に、前記のような従来の燃料電池は、筐
体２０内に単に単電池積層体１を２つ併設しただけにす
ぎず、その周囲にガスダクトを接続したマニホールドが
設けられているので、ガスダクト１０ａ，１０ｂ，１１
ａ，１１ｂの配置スペースを考えると、各単電池積層体
１を近接配置することは困難であった。

【００１５】この様にして、単電池積層体１が大型化す
ると、パッケージ全体も大型化し、輸送限界を越えるこ
とになる。このことは、燃料電池の現地組み立てや試験
を要求されることに繋がり、作業効率の大幅な低下を招
く。また、パッケージ全体の大型化は、現地での据え付
けスペースの増大も招き、小型で需要家の近傍に設置し
易いというオンサイト用燃料電池の持つ基本的な利点が
失われる。

【００１６】本発明は、上記の様な従来技術の欠点を解
消するために提案されたもので、その目的は、筐体内に
収納する単電池積層体を近接配置することができ、これ
によりパッケージ全体の小型化を図り、輸送時の寸法を
輸送限界内に抑えると共に、据え付けスペースの削減を
可能とした燃料電池を提供することにある。

【００１７】［発明の構成］

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、電解質層を挟んで配置された一対の多
孔質電極から成る単電池を複数個積層して単電池積層体
を形成し、この積層体の側面に反応ガス循環用のマニホ
ールドを配置して成る電池本体を、一つの筐体内に複数
個収納した燃料電池において、前記反応ガス循環用マニ
ホールドを、折り返しマニホールドと、反応ガスダクト
を接続した供給排出マニホールドとの２種類のマニホー
ルドから構成し、隣接する２つの電池本体の対向面にそ
れぞれ折り返しマニホールドを近接して配置し、２つの
電池本体の他の側面に供給排出マニホールドを配設した
ことを特徴とする。

【００１９】

【作用】この様な構成を有する本発明の燃料電池におい
ては、２つの電池本体の間にガスダクトの配置スペース
を設ける必要がなくなり、２つの電池本体を近接配置す
ることが可能になる。その結果、筐体の長さ方向の寸法
が短縮され、燃料電池パッケージ全体の小型縮小化が可
能となる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１乃至図８に基づ
いて説明する。なお、前記従来技術と同一の部材につい
ては同一の符号を付し、説明は省略する。

【００２１】（１）第１実施例…図１ 本実施例において、１つの筐体２０内に収納されている
２個の単電池積層体１は、従来技術よりも近接して並べ
て配置されている。この両単電池積層体１の周囲には、
それぞれ燃料ガス循環用のマニホールド５ａ，５ｂと、
空気循環用のマニホールド６ａ，６ｂが設けられている
。

【００２２】このうち、燃料ガス循環用のマニホールド
５ａ，５ｂは、その一方が燃料ガス供給用ガスダクト１
０ａ，１０ｂを接続した供給排出マニホールド５ａであ
り、他方がガスダクトをまったく設けない折り返しマニ
ホールド５ｂとなっている。そして、折り返しマニホー
ルド５ｂは、隣接して配置された２つの単電池積層体１
，１の対向面に設けられ、供給排出マニホールド５ａは
、２つの単電池積層体１，１の外側の面に設けられてい
る。

【００２３】また、本実施例では、空気循環用マニホー
ルド６ａ，６ｂは、それぞれ供給側と排出側のガスダク
ト１１ａ，１１ｂを接続した供給排出マニホールドにな
っている。

【００２４】この様な構成を有する本実施例では、ガス
ダクト１０ａから供給された燃料ガスＦは、各単電池積
層体１，１の外側に設けられた供給排出マニホールド５
ａから単電池積層体１の溝付き電極内に流入し、電極を
通過後、単電池積層体１の反対側（２つの単電池積層体
１，１の間）に設けられた折り返しマニホールド５ｂに
達して流れ方向を反転した後、再び電極内に戻る。その
後、電極を出た燃料ガスＦは、供給排出マニホールド５
ａから排出用のガスダクト１０ｂに送り出される。

【００２５】一方、空気Ａは、ガスダクト１１ａを通っ
て一方の供給排出マニホールド６ａに供給され、電極内
に流入した後、単電池積層体１の反対側に設けられた他
方の供給排出マニホールド６ｂから、それに接続された
排出側ガスダクト１１ｂに送り出される。

【００２６】このような構成を有する本実施例の燃料電
池によれば、従来では独立した２個の単電池積層体１の
間に設けられていたガスダクト配設用のスペースが不要
となり、その分燃料電池の長さを短縮することができ、
それに伴ない筐体２０を含むパッケージ全体の小型化が
可能となる。すなわち、図１において、２つの単電池積
層体１間のスペースＧ２は、ガスダクトやそれをマニホ
ールドに接続するための部材が存在するので、従来では
かなりの寸法が必要であったが、本発明によれば、この
スペースＧ２を折り返しマニホールド同士がほとんど接
触するまで縮小できる。

【００２７】しかも、２つの単電池積層体１，１の外側
に設けられた図１中Ｇ１，Ｇ３で示すスペースは、ガス
ダクトの点検用スペース及びガスダクトを配設する場合
のダクトの曲げスペースとして、本実施例でも従来技術
でも同様に必要であるが、本実施例では、ガスダクトを
上下に立体的に配置することで、配設するガスダクト数
が多くなっても、このスペースＧ１，Ｇ３を増大させる
こともない。

【００２８】（２）第２実施例…図２ 本実施例は、前記図１の実施例において、燃料ガス供給
排出マニホールド５ａ，５ｂに接続するガスダクト１０
ａ，１０ｂを入れ替えることで、各単電池積層体１の電
極内での燃料ガスＦの流れ方向を図１の実施例と反対方
向としたものである。

【００２９】この第２実施例においても、２つの燃料電
池本体の間の対向面に折り返しマニホールド５ｂ，５ｂ
が配置されているので、２つの燃料電池本体を近接配置
して、燃料電池を小型化することができる。

【００３０】（３）第３実施例…図３ 本実施例は、前記図１の実施例に加えて、空気Ａの循環
用マニホールド６ａ，６ｂに付いても一方を折り返しマ
ニホールド６ｂとし、他方を供給用ガスダクト１１ａと
排出用ガスダクト１１ｂが接続された供給排出マニホー
ルド６ａとしたものである。

【００３１】本実施例では、２つの単電池積層体１，１
の対向面に折り返しマニホールド５ｂ，５ｂを使用する
ことで、燃料電池本体の近接配置が可能となるという、
前記第１実施例の作用効果に加え、空気の供給用ガスダ
クト１１ａ，排出用ガスダクト１１ｂを燃料電池の片側
に集中配置できるので、その点でもスペースメリットが
得られる。

【００３２】（４）第４実施例…図４ 本実施例は、前記第３実施例において、空気Ａの供給用
ガスダクト１１ａ，１１ｂと空気供給排出マニホールド
６ａとの接続位置を、２つの単電池積層体１で逆にした
ものである。

【００３３】この第４実施例でも、前記第３実施例と同
様の作用効果が発揮される。

【００３４】（５）第５実施例…図５ 本実施例は、前記第３実施例において、燃料ガスＦの供
給用ガスダクト１０ａ，１０ｂと燃料ガス供給排出マニ
ホールド５ａとの接続位置を逆にしたものである。

【００３５】この第５実施例でも、前記第３実施例と同
様の作用効果が発揮される。

【００３６】（６）第６実施例…図６ 本実施例は、前記第３実施例において、燃料ガスＦの供
給用ガスダクト１０ａ，１０ｂと燃料ガス供給排出マニ
ホールド５ａとの接続位置を逆にすると共に、空気Ａの
供給用ガスダクト１１ａ，１１ｂと空気供給排出マニホ
ールド６ａとの接続位置を、２つの単電池積層体１で逆
にしたしたものである。

【００３７】この第６実施例でも、前記第３実施例と同
様の作用効果が発揮される。

【００３８】（７）第７実施例…図７ 前記各実施例が、２つの燃料電池本体の対向面に、折り
返しマニホールドとした燃料ガス循環用のマニホールド
５ｂ，５ｂを設けていたのに対して、本実施例は、空気
循環用マニホールド６ｂ，６ｂを折り返しマニホールド
として、これを２つの燃料電池本体の対向面に設けたも
のである。

【００３９】本実施例と前記各実施例とは、同様の作用
効果を有するものであるが、反応ガスの種類によって、
各マニホールドに接続するガスダクトの太さが異なる場
合には、２つの燃料電池本体の間に設ける折り返しマニ
ホールドを、空気側とするか燃料ガス側とするか、最も
スペースメリットの得られるものを選択する。

【００４０】（８）第８実施例…図８ 本実施例は、隣接する２つの燃料電池本体のうち、一方
（図中左側）の燃料電池本体は、空気循環用マニホール
ドの１つを折り返しマニホールド６ｂとして、他の燃料
電池本体との対向面に配置し、他方の燃料電池本体（図
中右側）は、燃料ガス循環用マニホールドの１つを折り
返しマニホールド５ｂとして、他の燃料電池本体との対
向面に配置したものである。

【００４１】この第８実施例においても、前記各実施例
と同様に、燃料電池の小型化が達成される。

【００４２】（９）他の実施例 以上の通り、本発明において、２つの燃料電池本体の対
向面に配置する折り返しマニホールドとしては、燃料ガ
ス側、空気側のいずれでも、また両方の組み合わせでも
良く、接続するガスダクトの配置や大きさなどを考慮し
て、適宜組み合わせることができる。また、供給排出マ
ニホールドに接続するガスダクトの本数や種類、取り付
け位置も適宜選択可能である。

【００４３】また、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、３個以上の単電池積層体を１つの筐体内
に収納した燃料電池に対しても適用可能である。たとえ
ば、図３ないし図８に示す燃料電池を、各図の上部に位
置する折り返しマニホールドを境として更に２つ配置す
れば、４つの燃料電池本体を全体として田の字形に集約
配置できる。

【００４４】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、燃料
電池本体の周囲にガスダクトの接続されていない折り返
しマニホールドを設け、複数の燃料電池本体を折り返し
マニホールドを対向させて近接配置するという簡単な構
成により、筐体内に収納する燃料電池本体の長さ方向の
寸法を低減し、輸送時の寸法を輸送限界内に抑えると共
に、据え付けスペースの削減を可能とした燃料電池を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池の第１実施例を示す平面図

【
図２】本発明の燃料電池の第２実施例を示す平面図

【図
３】本発明の燃料電池の第３実施例を示す平面図

【図４
】本発明の燃料電池の第４実施例を示す平面図

【図５】
本発明の燃料電池の第５実施例を示す平面図

【図６】本
発明の燃料電池の第６実施例を示す平面図

【図７】本発
明の燃料電池の第７実施例を示す平面図

【図８】本発明
の燃料電池の第８実施例を示す平面図

【図９】従来の燃
料電池の一例を示す平面図

【図１０】図９の燃料電池に
おける燃料電池本体の正面図

【符号の説明】

１…単電池積層体 ５ａ，５ｂ…燃料ガス用マニホールド ６ａ，６ｂ…空気用マニホールド ２０…筐体 １０ａ，１０ｂ…燃料ガス用ガスダクト１１ａ，１１ｂ
…空気用ガスダクト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電解質層を挟んで配置された一対の多
   孔質電極から成る単電池を複数個積層して単電池積層体
   を形成し、この積層体の側面に反応ガス循環用のマニホ
   ールドを配置して成る電池本体を、一つの筐体内に複数
   個収納した燃料電池において、前記反応ガス循環用マニ
   ホールドを、折り返しマニホールドと、反応ガスダクト
   を接続した供給排出マニホールドとの２種類のマニホー
   ルドから構成し、隣接する２つの電池本体の対向面にそ
   れぞれ折り返しマニホールドを近接して配置し、２つの
   電池本体の他の側面に供給排出マニホールドを配設した
   ことを特徴とする燃料電池。