JPH07282827A - 常圧型燃料電池 - Google Patents

常圧型燃料電池

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Publication number
JPH07282827A
JPH07282827A JP6073030A JP7303094A JPH07282827A JP H07282827 A JPH07282827 A JP H07282827A JP 6073030 A JP6073030 A JP 6073030A JP 7303094 A JP7303094 A JP 7303094A JP H07282827 A JPH07282827 A JP H07282827A
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JP
Japan
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fuel cell
reaction gas
pressure
manifold
stack
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Pending
Application number
JP6073030A
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English (en)
Inventor
Kazunari Ihara
和成 井原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH07282827A publication Critical patent/JPH07282827A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、通常の筐体内部に燃料電池積層体
を収納したとき、筐体内部の強制換気が少なくて済み、
安全で信頼性に優れ、かつコンパクトな常圧型燃料電池
を提供することである。 【構成】 電解質を含浸させた電解質層を挟んで配置さ
れた一対の多孔質電極を有する単電池と、所定個の単電
池ごとに内部に冷媒を供給、排出して電池を冷却する冷
却板とを複数個積層して四角柱状の燃料電池積層体を形
成し、この積層体の側面には、積層体のコーナー部分が
露出するように供給用反応ガスマニホールドと反応ガス
排出用マニホールドとを夫々配置し、これらのガスマニ
ホールドの内、燃料ガス排出用マニホールド内圧力を大
気圧と同圧になるように圧力制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池積層体からの
リークガスを圧力制御によって大幅に削減する常圧型燃
料電池に関する。
【0002】
【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
にともな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。この燃料電池発電は、比較
的小さな規模でも発電の熱効率が、40〜50%にも達
し、新鋭火力発電をはるかにしのぐとの期待がなされて
いる。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の排出がきわめて少ない、発電装
置内に燃焼サイクルを含まないので大量の冷却水を必要
としない、振動が小さいなどの理由から騒音・排ガス等
の環境問題が少ない。さらに、負荷変動に対して応答性
が良い、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、実用化は目前に迫っている。この種の燃料電
池としては、たとえば、特開昭60−93765号公報
に記載のものが知られている。即ち、この電池本体は、
図4に示すように、電解質を含浸させた電解質層を挟ん
で配置された一対の多孔質電極を有する単電池と、所定
個の単電池ごとに内部に冷媒を供給、排出して電池を冷
却する冷却板とを複数個積層して、締付手段21によっ
て固定して四角柱状の燃料電池積層体20を形成し、こ
れら燃料電池積層体20及び反応ガスマニホールド22
を円筒形タンク23内に収納したものである。燃料電池
積層体20の上下両端にはそれぞれ電力端子24が設け
られ、ブッシング25を介してタンク23外部に引き出
されている。また反応ガスマニホールド22には、空気
や燃料ガスなどの反応ガスの供給あるいは排出管26が
接続されている。
【0003】このような従来の燃料電池は、反応ガスが
高圧であることから、燃料電池積層体20を収納するタ
ンク23としても高圧に耐えるものを使用している。と
ころが最近では、反応ガス圧力がほぼ大気圧の常圧型燃
料電池の実用化が提案されている。
【0004】この常圧型燃料電池は、燃料電池積層体を
筐体内に収納するだけで良く、構成並びにシステムが簡
単なため、特に一般需要家のオンサイトとしての使用に
適している。図5は、このような常圧型燃料電池の一例
を示すもので、筐体30内部に保温材32で覆った燃料
電池31と反応ガス製造用の改質器33を収納したもの
である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来高圧型は燃料電池
積層体31を密封するタンク23の中に納められ、かつ
タンク23の内圧を反応ガス圧力とほぼ同じ圧力に制御
されるため燃料ガスのリーク量は最少となるように調整
する事ができる。しかし前記のように常圧型の燃料電池
においては、燃料ガス圧力は一般に入口側よりブロア等
によって加圧して燃料電池積層体31に送り込むときの
燃料電池積層体及び前後の配管内の圧力損失を考慮した
ものであり反応ガスマニホールド22の中の圧力は雰囲
気圧力(大気圧)に比べて反応ガス排出側配管内の圧力
損失分だけ高くなる。これによってもともと反応ガスマ
ニホールド22と多数の積層部品からなる燃料電池積層
体31との間のシールは完全には行えないことから燃料
ガス(一般には水素ガス)のリークが増大し、燃料ガス
の利用率の低下をきたすばかりか筐体30内に溜まって
爆発などの危険に曝される。
【0006】これを防止するためには、筐体内部の空気
を換気装置などで常に換気しておく必要があるが、機器
の大型化に伴い換気装置も大型のものが必要になりこれ
が故障した場合は大きな事故に至ることが懸念される。
また、ガスのリークを検出するためのガスを検知装置な
ども付加されているが、筐体内部でのガス検知では、検
知精度も劣り、リーク位置の特定も困難である。一方、
十分な換気が必要であるため、換気に伴う放熱でプラン
ト効率が低下する。
【0007】更には高圧型に比べて常圧型は圧力の関係
で反応ガス流速が増える傾向となるので配管サイズは大
きくなり筐体全体は大型化する。本発明の目的は、反応
ガスマニホールドと積層体のシール部からのリークガス
を排出用マニホールド内圧力を大気圧と同圧になるよう
に圧力制御する事によって大幅にリークガスを抑制させ
て、通常の筐体内部に燃料電池積層体を収納したとき、
筐体内部の強制換気が少なくて済み、安全で信頼性に優
れ、かつコンパクトな常圧型燃料電池を提供することに
ある。
【0008】
【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、電解質を含浸させた電解質層を挟んで
配置された一対の多孔質電極を有する単電池と、所定個
の単電池ごとに内部に冷媒を供給、排出して電池を冷却
する冷却板とを複数個積層して四角柱状の燃料電池積層
体を形成し、この積層体の側面には、供給用反応ガスマ
ニホールドと反応ガス排出用マニホールドとを夫々配置
し、これらのガスマニホールドの内、排出用マニホール
ド内圧力を大気圧と同圧になるように反応ガスマニホー
ルドに連通する供給管及び排出管にブロアなどを配設し
て圧力制御したことを特徴とする。
【0009】
【作用】上記のような構成を有する本発明においては、
ガスリークの可能性の高い、反応ガスマニホールドと燃
料電池積層体とのシール部分の圧力を最小限に抑える事
ができる。すなわち供給側反応ガス配管に配設したブロ
アは前記供給管内と燃料電池積層体内で生じる圧力損失
分に相当する容量とし、一方排出側反応ガス配管に配設
したブロアによって前記排出管内圧力損失分を受け持つ
容量とすることによって可能となる。
【0010】また排出側燃料ガス(水素)マニホールド
内圧力をほぼ大気圧とし、排出側空気マニホールド内圧
力を大気圧以下とするように各圧力を設定し、燃料ガス
(水素)中への反応空気のリークを防ぐことで電池積層
体内部の損傷を防止できる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図1及び
図2は本発明の実施例を示すものであって、図1は燃料
電池積層体の正面図である。図2は、図1の平面図であ
る。本実施例において、積層体1の上下面には締付板2
を配置している。また積層体1の燃料ガス(水素)供給
排出マニホールド3a、燃料ガス排出マニホールド3
b、空気供給マニホールド3c、空気排出マニホールド
3dを配置し、それぞれのマニホールドには反応ガス管
4a,4b,4c,4dを接続している。また反応ガス
管4a,4b,4c,4dにはブロア5a,5b,5
c,5dを連接配置している。さらに前記構成の電池積
層体、反応ガス管4、ブロア5等、全体を筐体6に収納
し、換気装置7によって筐体内部の空気を常に換気する
構成としたものである。
【0012】前記のような構成を有する実施例におい
て、各部の圧力の関係を図3に示す。図3は横軸に反応
ガス系統の位置関係を、縦軸に圧力レベルを示す。A点
は供給側最上流地点、B点は供給側マニホールド位置、
C点は排出側マニホールド位置、D点は排出側最下流位
置を示す。線Fは燃料ガス圧力変化を示し、線Aは空気
圧力変化を示す。供給側反応ガス配管4a,4cに連接
したブロアは前記供給管内と燃料電池積層体内で生じる
圧力損失分に相当する容量とし、一方排出側反応ガス配
管4b,4dに配設したブロアによって前記排出管内圧
力損失分を受け持つ容量とすることによって燃料・空気
各排出マニホールド3b,3dの位置すなわちC点で大
気圧とほぼ同等となるように圧力制御することが可能と
なる。ここで燃料ガス中への反応空気のリークを防ぐた
めにすくなくともB点からC点の範囲では燃料ガス圧力
を高くする。よってP5を大気圧(雰囲気圧力)とする
ことが出来る。この場合C点空気側マニホールド圧力P
6は大気圧以下となるが雰囲気は空気であることから問
題にならない。このような圧力制御とするなら、通常従
来方式でブロアをA点〜B点の間に連設するならP7が
大気圧となり1000kW級の大型ともなると系統配管が長く
なりP5は約300mmAq 、P3は約500mmAq 程度となり、
雰囲気との差圧は平均約400mmAq 程度となる。本発明の
構成で前記圧力制御とするならP5は0mmAq、P3は約
200mmAq 程度となり、雰囲気との差圧は平均約100mmAq
程度となる。よってマニホールドからのリーク量はほぼ
半減する。これにより筐体6に配設した換気装置7によ
る排気量も半減する。
【0013】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば反応
ガスマニホールドと積層体のシール部からのリークガス
を排出用マニホールド内圧力を大気圧と同圧になるよう
に圧力制御する事によって大幅にリークガスを抑制させ
て、通常の筐体内部に燃料電池積層体を収納したとき、
筐体内部の強制換気が少なくて済み、安全で信頼性に優
れた常圧型燃料電池を提供することができる。
【0014】また供給側だけのにブロア設置では、反応
ガス配管サイズを小さくしてコンパクト化しようとすれ
ば、B,C地点での圧力が高くなってリーク量が大幅に
増大するので大型の筐体となっていたが、本発明では、
反応ガス配管サイズを小さくしてもリーク量は増加する
ことはないので、全体的なコンパクトな常圧型燃料電池
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の常圧型燃料電池の実施例を示す正面図
【図2】本発明の常圧型燃料電池の実施例を示す平面図
【図3】本発明の常圧型燃料電池の各部の圧力を示す圧
力線図
【図4】従来の高圧型燃料電池の一例を示す縦断面図
【図5】一般的な常圧型燃料電池の構造を示す部分切り
欠き斜視図
【符号の説明】
1…積層体 2…締付板 3a…燃料ガス供給マニホールド 4a…燃料ガス供給管 3b…燃料ガス排出マニホールド 4b…燃料ガス排出管 3c…空気ガス供給マニホールド 4c…空気ガス供給管 3d…空気ガス排出マニホールド 4d…空気ガス排出管 5a…燃料ガス供給ブロア 5b…燃料ガス排出ブロア 5c…空気ガス供給ブロア 5d…空気ガス排出ブロア 6…筐体 7…換気装置 20…積層体 21…締付手段 22…反応ガスマニホールド 23…タンク 24…電力端子 25…ブッシング 26…反応ガスの供給あるいは排出管 30…筐体 31…燃料電池積層体 32…保温材 33…改質器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電解質を含浸させた電解質層を挟んで配
    置された一対の多孔質電極を有する単電池と、所定個の
    単電池ごとに内部に冷媒を供給、排出して電池を冷却す
    る冷却板とを複数個積層して四角柱状の燃料電池積層体
    を形成し、この積層体の側面には、積層体のコーナー部
    分が露出するように供給用反応ガスマニホールドと反応
    ガス排出用マニホールドとを夫々配置し、これらのガス
    マニホールドの内、燃料ガス排出用マニホールド内圧力
    を大気圧と同圧になるように圧力制御するようにしたこ
    とを特徴とする常圧型燃料電池。
  2. 【請求項2】 前記燃料電池積層体の供給用反応ガスマ
    ニホールドと反応ガス排出用マニホールド夫々に連通す
    る接続管に介挿したブロア等で吸引又は圧縮に依って反
    応ガス供給及び排出するようにしたことを特徴とする常
    圧型燃料電池。
JP6073030A 1994-04-12 1994-04-12 常圧型燃料電池 Pending JPH07282827A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018073478A (ja) * 2016-10-24 2018-05-10 株式会社デンソー 燃料電池システム

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018073478A (ja) * 2016-10-24 2018-05-10 株式会社デンソー 燃料電池システム

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