JPH0750614B2 - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH0750614B2 JPH0750614B2 JP2268751A JP26875190A JPH0750614B2 JP H0750614 B2 JPH0750614 B2 JP H0750614B2 JP 2268751 A JP2268751 A JP 2268751A JP 26875190 A JP26875190 A JP 26875190A JP H0750614 B2 JPH0750614 B2 JP H0750614B2
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- exhaust
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- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池、特に、電池内に供給するガスの加熱
昇温を、電池から排気されるガスの排熱を利用するよう
にした燃料電池構造、及びそこに用いられるガスヘッダ
ーの構造に関する。
昇温を、電池から排気されるガスの排熱を利用するよう
にした燃料電池構造、及びそこに用いられるガスヘッダ
ーの構造に関する。
従来の燃料電池は、例えば日本工業新聞社、エネルギ
ー、Vol.24,No.4,p.30（1990）MW級MCFC発電プラントに
記載されているように、燃料ガスであるアノードガスは
改質器から得られるガスを使用し、また、酸化剤ガスで
あるカソードガスは、改質器からの排ガスとコンプレッ
サーからの空気及び燃料電池から排出されるカソードガ
スを循環させ、それらを混合して使用するようになって
いる（第７図にその概略を示す）。
ー、Vol.24,No.4,p.30（1990）MW級MCFC発電プラントに
記載されているように、燃料ガスであるアノードガスは
改質器から得られるガスを使用し、また、酸化剤ガスで
あるカソードガスは、改質器からの排ガスとコンプレッ
サーからの空気及び燃料電池から排出されるカソードガ
スを循環させ、それらを混合して使用するようになって
いる（第７図にその概略を示す）。
溶融炭酸塩型燃料電池の場合、運転温度は650℃附近と
考えられており、電池の発電方法としては、発電開始時
に、積層電池を周囲の加熱ヒータにより650℃附近まで
加熱した後に、アノード及びカソードガスを供給する。
電池内では電気化学反応による発熱及び電気イオンの伝
導に伴う発熱があるため、電池内温度は上昇する。従っ
て、発電開始一定時間後には周囲の加熱ヒータは遮断
し、電池だけの自立運転となる。
考えられており、電池の発電方法としては、発電開始時
に、積層電池を周囲の加熱ヒータにより650℃附近まで
加熱した後に、アノード及びカソードガスを供給する。
電池内では電気化学反応による発熱及び電気イオンの伝
導に伴う発熱があるため、電池内温度は上昇する。従っ
て、発電開始一定時間後には周囲の加熱ヒータは遮断
し、電池だけの自立運転となる。
この場合、電池へ供給されるガス温度も当然のことなが
ら、650℃レベルの高温ガスであることが要求される。
アノードガスであるH2ガスは、前記従来例のプラントの
システム図（第７図）で示されるような改質器からのガ
スを用いた場合、ガス温度は700℃以上で比較的高温で
あるが、カソードガスであるCO2と空気の混合ガスは、
コンプレッサーから供給される圧縮空気の温度が比較的
低温なため、改質器からの排ガス及び電池からの循環ガ
スになどによる昇温を考慮しても、電池へ供給するに
は、更に他の加熱手段によりガス温度を昇温する必要が
あった。
ら、650℃レベルの高温ガスであることが要求される。
アノードガスであるH2ガスは、前記従来例のプラントの
システム図（第７図）で示されるような改質器からのガ
スを用いた場合、ガス温度は700℃以上で比較的高温で
あるが、カソードガスであるCO2と空気の混合ガスは、
コンプレッサーから供給される圧縮空気の温度が比較的
低温なため、改質器からの排ガス及び電池からの循環ガ
スになどによる昇温を考慮しても、電池へ供給するに
は、更に他の加熱手段によりガス温度を昇温する必要が
あった。
そのために、従来の発電プラントにあっては、通常、カ
ソードガス供給ラインにガス加熱器を設けカソードガス
を650℃レベルまで加熱するようにしている。しかしな
がら、このようにガスラインに加熱器を設けることは、
近年の燃料電池の高出力化、それに伴うガス供給量の多
量化を考えると、そのガスを加熱するための補機装置は
大型化し、またその駆動に必要とされる動力も増大する
ことからシステム全体としての発電効率か低下するとい
う問題を有している。
ソードガス供給ラインにガス加熱器を設けカソードガス
を650℃レベルまで加熱するようにしている。しかしな
がら、このようにガスラインに加熱器を設けることは、
近年の燃料電池の高出力化、それに伴うガス供給量の多
量化を考えると、そのガスを加熱するための補機装置は
大型化し、またその駆動に必要とされる動力も増大する
ことからシステム全体としての発電効率か低下するとい
う問題を有している。
また、上記した従来技術のように、燃料電池への供給ガ
ス昇温方法について、特段の配慮が成されていないもの
にあっては、ガス加熱器などの補機を用いない場合は、
燃料電池への供給ガス温度が低下し、発電性能が低下す
るという問題を有している。
ス昇温方法について、特段の配慮が成されていないもの
にあっては、ガス加熱器などの補機を用いない場合は、
燃料電池への供給ガス温度が低下し、発電性能が低下す
るという問題を有している。
本発明は上記従来の燃料電池のもつ問題点を解決し、燃
料電池への供給ガス温度を特別の補機を用いることなく
加熱，昇温し得るようにすることを目的としている。
料電池への供給ガス温度を特別の補機を用いることなく
加熱，昇温し得るようにすることを目的としている。
また、本発明の他の目的は燃料電池への供給ガス温度を
特別の補機を用いることなく加熱，昇温し得るように特
に設計されたガスヘッダーを提供することにある。
特別の補機を用いることなく加熱，昇温し得るように特
に設計されたガスヘッダーを提供することにある。
さらに本発明の他の目的は上記の手段を用いた発電効率
の高い燃料電池を提供することにある。
の高い燃料電池を提供することにある。
上記目的は、電解質板、それを両側から挟むアノート及
びカソード、燃料ガスであるアノードガスと酸化剤ガス
であるカソードガスを分離するセパレータ板とを有する
単位電池を積層した燃料電池におて、燃料電池に設けた
前記燃料ガス又は酸化剤ガスの給気管と排気管とを２重
管構造をもつ一本の管体により構成し、２重管の一方を
給気管、他方を排気管として用いるようにすることによ
り達成される。
びカソード、燃料ガスであるアノードガスと酸化剤ガス
であるカソードガスを分離するセパレータ板とを有する
単位電池を積層した燃料電池におて、燃料電池に設けた
前記燃料ガス又は酸化剤ガスの給気管と排気管とを２重
管構造をもつ一本の管体により構成し、２重管の一方を
給気管、他方を排気管として用いるようにすることによ
り達成される。
その場合に、２重管構造とした給排気管を酸化剤ガスの
給排気管とし、その内側管をガス供給管、外側管をガス
排気管とすることにより、カソードガスを昇温する目的
をより有効に達成することができる。
給排気管とし、その内側管をガス供給管、外側管をガス
排気管とすることにより、カソードガスを昇温する目的
をより有効に達成することができる。
さらに、２重管構造とした給排気管を燃料電池の両側辺
部分に相対抗させて対として設け、それぞれ、一方の給
排気管から給気されたガスを他方の給排気管から排気さ
れる構造とするとともに、各単位電池のガス流の方向
を、隣接する単位電池ごとに逆方向とすることにより、
単位電池内での温度勾配が均一な燃料電池を得ることが
でき、より目的を達成することができる。
部分に相対抗させて対として設け、それぞれ、一方の給
排気管から給気されたガスを他方の給排気管から排気さ
れる構造とするとともに、各単位電池のガス流の方向
を、隣接する単位電池ごとに逆方向とすることにより、
単位電池内での温度勾配が均一な燃料電池を得ることが
でき、より目的を達成することができる。
また、本発明は、上記の目的を達成するのに有効に用い
ることの可能な、ガス給排気用ヘッダーをも提供する。
すなわち、ガス給排気用ヘッダー内の一つの側辺部分
に、給気チャンバーと排気チャンバーとの双方を形成し
該給気チャンバーへの給気管と該排気チャンバーからの
排気管とを２重管構造をもつ一本の管体に対して、該２
重管の一方を該給気管に他方を該排気管にそれぞれ接続
した構造の、燃料電池に用いるガス給排気用ヘッダーを
提供する。
ることの可能な、ガス給排気用ヘッダーをも提供する。
すなわち、ガス給排気用ヘッダー内の一つの側辺部分
に、給気チャンバーと排気チャンバーとの双方を形成し
該給気チャンバーへの給気管と該排気チャンバーからの
排気管とを２重管構造をもつ一本の管体に対して、該２
重管の一方を該給気管に他方を該排気管にそれぞれ接続
した構造の、燃料電池に用いるガス給排気用ヘッダーを
提供する。
さらに、そのような２重管構造を、ガス給排気用ヘッダ
ー内の相対抗する二つの側辺部分に、給気チャンバーと
排気チャンバーとの双方をそれぞれ形成し該給気チャン
バーへの給気管と該排気チャンバーからの排気管とを２
重管構造をもつ一本の管体に対して、該一方の２重管の
給気管から給気されたガスを他方の２重管の排気管から
排気されるように接続した構造のガス給排気用ヘッダー
を用いることにより、単位電池内での温度勾配が均一な
燃料電池を得ることができ、さらに目的を達成すること
が可能となる。
ー内の相対抗する二つの側辺部分に、給気チャンバーと
排気チャンバーとの双方をそれぞれ形成し該給気チャン
バーへの給気管と該排気チャンバーからの排気管とを２
重管構造をもつ一本の管体に対して、該一方の２重管の
給気管から給気されたガスを他方の２重管の排気管から
排気されるように接続した構造のガス給排気用ヘッダー
を用いることにより、単位電池内での温度勾配が均一な
燃料電池を得ることができ、さらに目的を達成すること
が可能となる。
燃料電池のガス給排気管を二重管構造としたことによ
り、例えば内側管を電池への供給ガス流路、外側管を電
池からの排気ガス流路とすることが可能となり、電池か
ら排気される高温ガスにより、電池への供給ガスを加熱
昇温することができる。これにより、ガス供給ラインに
加熱器等の補機を設ける必要がなくなり、システム全体
の発電効率を向上させることができ、さらに、システム
のコンパクト化も達成することができる。
り、例えば内側管を電池への供給ガス流路、外側管を電
池からの排気ガス流路とすることが可能となり、電池か
ら排気される高温ガスにより、電池への供給ガスを加熱
昇温することができる。これにより、ガス供給ラインに
加熱器等の補機を設ける必要がなくなり、システム全体
の発電効率を向上させることができ、さらに、システム
のコンパクト化も達成することができる。
特に好ましくは、燃料電池に設けられるガス供給及び排
気のためのヘッダー部に二重管構造の給排気管を直接接
続することにより、配管の途中で管路が冷却されガス温
度が低下するという問題もなくなり、電池への高温ガス
供給を一層良好なものとすることができる。
気のためのヘッダー部に二重管構造の給排気管を直接接
続することにより、配管の途中で管路が冷却されガス温
度が低下するという問題もなくなり、電池への高温ガス
供給を一層良好なものとすることができる。
以下、本発明の実施例を添付図面により説明する。第１
図および第２図には本発明の一実施例が示されている。
図および第２図には本発明の一実施例が示されている。
第１図に示されているように単位電池を積層した積層電
池１の下端には外部から電池１へ、あるいは電池１から
外部へガスを給排気するためのガスヘッダー２が位置し
ている。このガスヘッダー２には酸化剤ガスのための給
気管が内側管３として及び排気管が外側管４として構成
された二重管構造の給排気管Ｐと燃料ガスのための給気
管５及び排気管６とが取り付けられている。
池１の下端には外部から電池１へ、あるいは電池１から
外部へガスを給排気するためのガスヘッダー２が位置し
ている。このガスヘッダー２には酸化剤ガスのための給
気管が内側管３として及び排気管が外側管４として構成
された二重管構造の給排気管Ｐと燃料ガスのための給気
管５及び排気管６とが取り付けられている。
ガスヘッダー２の上には、電解質板７とセパレータ板８
とが、電極（図示されない）を挟んで交互に積層され、
一つの積層電池が構成されている。
とが、電極（図示されない）を挟んで交互に積層され、
一つの積層電池が構成されている。
第２図はガスヘッダー２の内部構造を示している。ガス
ヘッダー２内は、燃料ガスの給、排気用チャンバー10,1
1及び酸化剤ガスの給，排気用チャンバー12、13に分割
されており、燃料ガスの給気用チャンバー10には給気管
５が、排気用チャンバー11には排気管６が接続されてい
る。
ヘッダー２内は、燃料ガスの給、排気用チャンバー10,1
1及び酸化剤ガスの給，排気用チャンバー12、13に分割
されており、燃料ガスの給気用チャンバー10には給気管
５が、排気用チャンバー11には排気管６が接続されてい
る。
また、酸化剤ガスの給気用チャンバー12には前記した給
気管としての内側管３が接続しており、該内側管３は、
対抗する側に位置する排気用チャンバー13内を通過して
外方にまで延出している。一方、排気用チャンバー13に
は前記した排気管としての外側管４が、前記給気用内側
管３を内部に包含する状態で外方に延出している。従っ
て、内側管３と外側管４とは、２重管構造をなす形で排
気用チャンバーから延出し２重管構造の給排気管Ｐを構
成する構造となっている（第１図参照）。
気管としての内側管３が接続しており、該内側管３は、
対抗する側に位置する排気用チャンバー13内を通過して
外方にまで延出している。一方、排気用チャンバー13に
は前記した排気管としての外側管４が、前記給気用内側
管３を内部に包含する状態で外方に延出している。従っ
て、内側管３と外側管４とは、２重管構造をなす形で排
気用チャンバーから延出し２重管構造の給排気管Ｐを構
成する構造となっている（第１図参照）。
そして、それぞれの給気チャンバー10、12には積層電池
へガスを給気するためのマニホールド14、15が、また、
排気チャンバー11、13にはガスを排気するためのマニホ
ールド16、17が設けられている。
へガスを給気するためのマニホールド14、15が、また、
排気チャンバー11、13にはガスを排気するためのマニホ
ールド16、17が設けられている。
外部から供給された燃料ガスG1と、２重管構造の給排気
管Ｐの内側管３を流れた酸化剤ガスG2は、それぞれガス
ヘッダー２内のチャンバー10、12に流入し、そこから各
ガスの供給用マニホールド14、15へ流入し、各単位電池
へ分配される。そして、各単位電池内で電気化学反応に
より発電した後、燃料ガスはその残ガスと生成ガスとの
混合ガスG1′として、排出用マニホールド16を通って、
排気チャンバー11に流入した後、排気管６より、電池外
に流出する。他方、酸化剤の排出ガスG2′は排出用マニ
ホールド17を通って、ガスヘッダー２内のチャンバー13
に流入した後、２重管構造の給排気管Ｐの外側管４であ
る排気管を通過して電池外へ流出する。
管Ｐの内側管３を流れた酸化剤ガスG2は、それぞれガス
ヘッダー２内のチャンバー10、12に流入し、そこから各
ガスの供給用マニホールド14、15へ流入し、各単位電池
へ分配される。そして、各単位電池内で電気化学反応に
より発電した後、燃料ガスはその残ガスと生成ガスとの
混合ガスG1′として、排出用マニホールド16を通って、
排気チャンバー11に流入した後、排気管６より、電池外
に流出する。他方、酸化剤の排出ガスG2′は排出用マニ
ホールド17を通って、ガスヘッダー２内のチャンバー13
に流入した後、２重管構造の給排気管Ｐの外側管４であ
る排気管を通過して電池外へ流出する。
本発明の効果について説明する。通常、供給ガスは、そ
の入口部と出口部との間で温度の上昇が伴う。第３図
は、電池内のガス温度変化を示すもので、測定した電池
の形状は、従来の電池と同様に酸化剤ガスを一本の流入
管によりガスヘッダー内へ流入させたものであり、ガス
ヘッダー内の入口ガス温度が550℃となるように、配管
途中に加熱器を設け、ガスを加熱昇温した場合である。
第３図に示すように、入口部において550℃で流入した
ガスは、電池内の発電に伴う熱発生により、出口部では
730℃附近と約180℃も温度上昇する。
の入口部と出口部との間で温度の上昇が伴う。第３図
は、電池内のガス温度変化を示すもので、測定した電池
の形状は、従来の電池と同様に酸化剤ガスを一本の流入
管によりガスヘッダー内へ流入させたものであり、ガス
ヘッダー内の入口ガス温度が550℃となるように、配管
途中に加熱器を設け、ガスを加熱昇温した場合である。
第３図に示すように、入口部において550℃で流入した
ガスは、電池内の発電に伴う熱発生により、出口部では
730℃附近と約180℃も温度上昇する。
本発明はこのガス温度の上昇に着目して得られたもの
で、第１図及び第２図の実施例に示すように、酸化剤ガ
スの配管を内側管３と外側管４とからなる二重管構造と
し、その内側管３を流入用配管、外側管４を流出用配管
としたことにより、排出ガスG2′の排熱を用いて、入口
ガスG2を加熱昇温するようにしている。
で、第１図及び第２図の実施例に示すように、酸化剤ガ
スの配管を内側管３と外側管４とからなる二重管構造と
し、その内側管３を流入用配管、外側管４を流出用配管
としたことにより、排出ガスG2′の排熱を用いて、入口
ガスG2を加熱昇温するようにしている。
この実施例において、配管構造としては、第２図に基づ
き先に記したようにガスヘッダー２に直接二重管構造の
給排気管Ｐを取付け、ガスヘッダー２内をガス給気管と
しての内管３を貫通させガス供給側チャンバー12に接続
する。ガスヘッダー２内は、高温ガスによる放熱によ
り、高温雰囲気となっており、ガス流入管としての内管
３を冷却することなく供給用ガスチャンバー12に酸化剤
ガスG2を流入させることが可能となる。
き先に記したようにガスヘッダー２に直接二重管構造の
給排気管Ｐを取付け、ガスヘッダー２内をガス給気管と
しての内管３を貫通させガス供給側チャンバー12に接続
する。ガスヘッダー２内は、高温ガスによる放熱によ
り、高温雰囲気となっており、ガス流入管としての内管
３を冷却することなく供給用ガスチャンバー12に酸化剤
ガスG2を流入させることが可能となる。
以上のように、本実施例によれば、積層電池への供給ガ
スの加熱昇温を、特別の補機を用いることなく排気ガス
の排熱により実施するようにしたので、電池全体の発電
システムの効率向上を達成するばかりでなく、システム
のコンパクト化も図ることができる。
スの加熱昇温を、特別の補機を用いることなく排気ガス
の排熱により実施するようにしたので、電池全体の発電
システムの効率向上を達成するばかりでなく、システム
のコンパクト化も図ることができる。
第４図は本発明による他の実施例を示している。この実
施例においても、ガスガスヘッダー２には、燃料ガスの
ための給、排気チャンバー10、11が相対抗する側辺部
に、また、酸化剤ガスのためのチャンバーが、ガスヘッ
ダー２内の他の対抗している側辺部に形成されている
が、酸化剤ガスのためのチャンバーの構成が第１の実施
例のものと相違している。
施例においても、ガスガスヘッダー２には、燃料ガスの
ための給、排気チャンバー10、11が相対抗する側辺部
に、また、酸化剤ガスのためのチャンバーが、ガスヘッ
ダー２内の他の対抗している側辺部に形成されている
が、酸化剤ガスのためのチャンバーの構成が第１の実施
例のものと相違している。
第４図に示されるように、図において、上下方向に位置
している二つの酸化剤ガス用のチャンバーの一方には、
酸化剤ガスの給気用ガスチャンバー12Aと排気用チャン
バー13Bとを、及び他方には同様に酸化剤ガスの給気用
ガスチャンバー12Bと排気用チャンバー13Aとを配置さ
せ、さらに供給用ガスチャンバー12A、12Bには給気用マ
ニホールド15A,15Bを、また、排気用チャンバー13B、13
Aには排気用マニホールド17B、17Aとをそれぞれ形成す
る。
している二つの酸化剤ガス用のチャンバーの一方には、
酸化剤ガスの給気用ガスチャンバー12Aと排気用チャン
バー13Bとを、及び他方には同様に酸化剤ガスの給気用
ガスチャンバー12Bと排気用チャンバー13Aとを配置さ
せ、さらに供給用ガスチャンバー12A、12Bには給気用マ
ニホールド15A,15Bを、また、排気用チャンバー13B、13
Aには排気用マニホールド17B、17Aとをそれぞれ形成す
る。
さらに、それぞれの給気用ガスチャンバー12A、12Bには
酸化剤ガス給気管が内側管3A、3Bとして接続しており、
排気用ガスチャンバー13B、13Aには、排気管が、第１図
の実施例の場合と同様に、内側管3A、3Bを覆うような形
で、外側管4A、4Bとして接続していて、内側管と外側管
とで、２重管構造の給排気管Ｐ、Ｐ′を形成している。
酸化剤ガス給気管が内側管3A、3Bとして接続しており、
排気用ガスチャンバー13B、13Aには、排気管が、第１図
の実施例の場合と同様に、内側管3A、3Bを覆うような形
で、外側管4A、4Bとして接続していて、内側管と外側管
とで、２重管構造の給排気管Ｐ、Ｐ′を形成している。
そして、二重管内の内側管3A、3Bを通った酸化剤ガスG2
は、両側辺部の給気用ガスチャンバー13A、13Bにそれぞ
れ流入し、マニホールド15A、15Bを通って各単位電池へ
供給される。各単位電池からの排気ガスG2′はマニホー
ルド17A、17Bを通って排気用ガスチャンバー13A,13Bに
戻り、二重管構造の給排気管Ｐの外側管4A、4Bを通って
外部へ流出する。
は、両側辺部の給気用ガスチャンバー13A、13Bにそれぞ
れ流入し、マニホールド15A、15Bを通って各単位電池へ
供給される。各単位電池からの排気ガスG2′はマニホー
ルド17A、17Bを通って排気用ガスチャンバー13A,13Bに
戻り、二重管構造の給排気管Ｐの外側管4A、4Bを通って
外部へ流出する。
第５図は本実施例における積層電池内セパレータ８のカ
ソード面の形状を示しており、積層電池は、供給用マニ
ホールド15Bから酸化剤ガスの供給を受けるカソードＢ
面を持つ単位電池（第５図（ｂ））と供給用マニホール
ド15Aから酸化剤ガスの供給を受けるカソードＡ面を持
つ単位電池（第５図（ａ））とが、交互に積層された形
で形成されている。図に示すように、セパレータ８のマ
ニホールド15B、15Aから流入した酸化剤ガスG2は、それ
ぞれ、本図では省略したが、必要に応じて設けられるセ
パレータリブにより形成されるガス流路を図（ｂ）、
（ａ）中の矢印で示すように流れ、排出用マニホールド
17B、17Aに流入し、その後、第４図に示したガスヘッダ
ー２に設けた２重管構造の給排気管Ｐの外側管4B、4Aを
通り、外部へ排出される。
ソード面の形状を示しており、積層電池は、供給用マニ
ホールド15Bから酸化剤ガスの供給を受けるカソードＢ
面を持つ単位電池（第５図（ｂ））と供給用マニホール
ド15Aから酸化剤ガスの供給を受けるカソードＡ面を持
つ単位電池（第５図（ａ））とが、交互に積層された形
で形成されている。図に示すように、セパレータ８のマ
ニホールド15B、15Aから流入した酸化剤ガスG2は、それ
ぞれ、本図では省略したが、必要に応じて設けられるセ
パレータリブにより形成されるガス流路を図（ｂ）、
（ａ）中の矢印で示すように流れ、排出用マニホールド
17B、17Aに流入し、その後、第４図に示したガスヘッダ
ー２に設けた２重管構造の給排気管Ｐの外側管4B、4Aを
通り、外部へ排出される。
この実施例においては、このような構造にすることによ
り、先の実施例で説明した、排出ガスの排熱による供給
ガスの加熱昇温という効果に加え、積層電池全体の温度
分布を一様化するという効果がある。
り、先の実施例で説明した、排出ガスの排熱による供給
ガスの加熱昇温という効果に加え、積層電池全体の温度
分布を一様化するという効果がある。
すなわち、この温度分布一様化について説明すると、第
３図で示したようにガスの流れ方向が一方向からの場
合、ガスの入口部と出口部では大きな温度差がある。こ
の温度差は積層電池全体についても言えることであり、
電池内の温度分布が不均一になる。電池内の温度分布が
不均一となると、電池の性能、寿命、信頼性を考えた場
合、反応分布の不均一に伴う性能低下や、熱応力の増
大、材料腐食要因の増加など種々の問題が生じる。そこ
で、この温度分布を一様化する手段として、本実施例の
電池構造が有効となる。
３図で示したようにガスの流れ方向が一方向からの場
合、ガスの入口部と出口部では大きな温度差がある。こ
の温度差は積層電池全体についても言えることであり、
電池内の温度分布が不均一になる。電池内の温度分布が
不均一となると、電池の性能、寿命、信頼性を考えた場
合、反応分布の不均一に伴う性能低下や、熱応力の増
大、材料腐食要因の増加など種々の問題が生じる。そこ
で、この温度分布を一様化する手段として、本実施例の
電池構造が有効となる。
第６図は本実施例におけるカソード面のガス流れ方向の
温度と、積層電池の温度変化を示している。同図の破線
ａは第４図（ａ）のカソードＡ面についての温度変化を
示しており、破線ｂは第４図（ｂ）のカソードＢ面につ
いての温度変化を示している。それぞれの単位電池にお
いては、上記したようにガスの入口，出口間で大きな温
度差が生じ、積層電池の温度分布も不均一となってい
る。
温度と、積層電池の温度変化を示している。同図の破線
ａは第４図（ａ）のカソードＡ面についての温度変化を
示しており、破線ｂは第４図（ｂ）のカソードＢ面につ
いての温度変化を示している。それぞれの単位電池にお
いては、上記したようにガスの入口，出口間で大きな温
度差が生じ、積層電池の温度分布も不均一となってい
る。
そこで、このガス流れ方向を第４図の（ａ），（ｂ）に
示すように、積層電池の各単位電池毎に交互に逆方向の
流れとなるようにする。このようにすることにより、第
６図で示すように、カソードＡ面と隣合うカソードＢ面
は破線ｂで示したような温度変化となり、この両面を積
層した場合に、高温領域と低温領域が重なり合うため、
相互の熱移動により、積層電池全体としては図の実線で
示すように、入口，出口間で一様な温度変化となり、温
度分布の一様な燃料電池とすることができる。
示すように、積層電池の各単位電池毎に交互に逆方向の
流れとなるようにする。このようにすることにより、第
６図で示すように、カソードＡ面と隣合うカソードＢ面
は破線ｂで示したような温度変化となり、この両面を積
層した場合に、高温領域と低温領域が重なり合うため、
相互の熱移動により、積層電池全体としては図の実線で
示すように、入口，出口間で一様な温度変化となり、温
度分布の一様な燃料電池とすることができる。
以上のように、本実施例によれば、先の実施例の効果の
他に、積層電池全体の温度分布を一様化することが可能
となり、性能、寿命、信頼性などがさらに優れた燃料電
池を得ることができる。
他に、積層電池全体の温度分布を一様化することが可能
となり、性能、寿命、信頼性などがさらに優れた燃料電
池を得ることができる。
以上の説明においては、酸化剤ガスの給、排気のための
配管を２重管構造にしたものについて説明をしてきた
が、給、排気のための配管の構造をを２重管構造とする
技術思想は、必要に応じ、燃料ガスの給、排気のための
配管にも、適用し得ることは明らかであろう。また、燃
料ガス及び酸化剤ガス双方の給排気管構造に用いても良
いものである。
配管を２重管構造にしたものについて説明をしてきた
が、給、排気のための配管の構造をを２重管構造とする
技術思想は、必要に応じ、燃料ガスの給、排気のための
配管にも、適用し得ることは明らかであろう。また、燃
料ガス及び酸化剤ガス双方の給排気管構造に用いても良
いものである。
本発明によれば、積層電池への供給ガスの加熱昇温を、
排気ガスの排熱により実施することができるので、電池
全体の発電システムの効率が向上し、システムのコンパ
クト化を図ることができる。
排気ガスの排熱により実施することができるので、電池
全体の発電システムの効率が向上し、システムのコンパ
クト化を図ることができる。
また、積層電池の各単位電池のガス流れ方向を逆方向と
することが可能となり、積層電池全体の温度分布一様化
が図られ、性能、寿命、信頼性の優れた燃料電池を得る
ことができる。
することが可能となり、積層電池全体の温度分布一様化
が図られ、性能、寿命、信頼性の優れた燃料電池を得る
ことができる。
第１図は本発明の一実施例の電池積層構造を示す図、第
２図はガスガスヘッダー内の構造を示す図、第３図は電
池内のガス温度変化を示す図、第４図は本発明の他の実
施例におけるガスガスヘッダー内の構造を示す図、第５
図はセパレータ内のガス流れ方向を説明する図、第６図
は電池内ガス温度と積層電池の温度変化を示す図、及び
第７図は、従来例における燃料電池を用いた発電ブラン
トのシステム構成図である。 １……積層電池、２……ガスヘッダー、３……内側管、
４……外側管、Ｐ……二重管構造の給排気管、５……燃
料ガス用給気管、６……燃料ガス用排気管、７……電解
質板、８……セパレータ板、10……燃料ガスの給気用チ
ャンパー、11……燃料ガスの排気用チャンパー、12……
酸化剤ガスの給気用チャンパー、13……酸化剤ガスの排
気用チャンパー、14、15……給気マニホールド、16、17
……排気マニホールド、G1……燃料ガス、G1′……燃料
ガスの排気ガス、G2……酸化剤ガス、G2′……酸化剤ガ
スの排気ガス
２図はガスガスヘッダー内の構造を示す図、第３図は電
池内のガス温度変化を示す図、第４図は本発明の他の実
施例におけるガスガスヘッダー内の構造を示す図、第５
図はセパレータ内のガス流れ方向を説明する図、第６図
は電池内ガス温度と積層電池の温度変化を示す図、及び
第７図は、従来例における燃料電池を用いた発電ブラン
トのシステム構成図である。 １……積層電池、２……ガスヘッダー、３……内側管、
４……外側管、Ｐ……二重管構造の給排気管、５……燃
料ガス用給気管、６……燃料ガス用排気管、７……電解
質板、８……セパレータ板、10……燃料ガスの給気用チ
ャンパー、11……燃料ガスの排気用チャンパー、12……
酸化剤ガスの給気用チャンパー、13……酸化剤ガスの排
気用チャンパー、14、15……給気マニホールド、16、17
……排気マニホールド、G1……燃料ガス、G1′……燃料
ガスの排気ガス、G2……酸化剤ガス、G2′……酸化剤ガ
スの排気ガス
Claims (6)
- 【請求項１】電解質板、それを両側から挟むアノート及
びカソード、燃料ガスであるアノードガスと酸化剤ガス
であるカソードガスを分離するセパレータ板とを有する
単位電池を積層した燃料電池におて、燃料電池に設けた
前記燃料ガス及び／又は酸化剤ガスの給気管と排気管と
を２重管構造をもつ一本の管体により構成し、２重管の
一方を給気管、他方を排気管として用いるようにしたこ
としたことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】請求項１に記載の燃料電池において、２重
管構造とした給排気管の内側管をガス供給管、外側管を
ガス排気管としたことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項３】請求項１又は２に記載の燃料電池におい
て、２重管構造とした給排気管が酸化剤ガスの給排気管
であることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項４】請求項１ないし３に記載の燃料電池におい
て、２重管構造とした給排気管を相対抗させて対として
設け、それぞれ、一方の給排気管から給気されたガスを
他方の給排気管から排気される構造とするとともに、各
単位電池のガス流の方向を、隣接する単位電池ごとに逆
方向としたことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項５】ガス給排気用ヘッダー内の一つの側辺部分
に、給気チャンバーと排気チャンバーとの双方を形成し
該給気チャンバーへの給気管と該排気チャンバーからの
排気管とを２重管構造をもつ一本の管体に対して、該２
重管の一方を該給気管に他方を該排気管にそれぞれ接続
したことしたことを特徴とする、請求項１ないし４に記
載の燃料電池に用いるガス給排気用ヘッダー。 - 【請求項６】ガス給排気用ヘッダー内の相対抗する二つ
の側辺部分に、給気チャンバーと排気チャンバーとの双
方をそれぞれ形成し該給気チャンバーへの給気管と該排
気チャンバーからの排気管とを２重管構造をもつ一本の
管体に対して、該一方の２重管の給気管から給気された
ガスを他方の２重管の排気管から排気されるように接続
した構造としたことを特徴とする、請求項５に記載の燃
料電池に用いるガス給排気用ヘッダー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2268751A JPH0750614B2 (ja) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2268751A JPH0750614B2 (ja) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04144069A JPH04144069A (ja) | 1992-05-18 |
| JPH0750614B2 true JPH0750614B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=17462833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2268751A Expired - Fee Related JPH0750614B2 (ja) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0750614B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2149912C (en) * | 1992-11-25 | 2004-01-13 | Michael S. Hsu | Radiant thermal integration with regenerative heating in a high temperature electrochemical converter |
| JP5253705B2 (ja) * | 2003-10-30 | 2013-07-31 | パナソニック株式会社 | 燃料電池システム |
| EP2506355B1 (en) * | 2010-12-13 | 2017-06-21 | Panasonic Corporation | Power generation system and operating method therefor |
| AU2019416115A1 (en) * | 2018-12-26 | 2021-06-24 | Bloom Energy Corporation | Fuel cell system including exhaust heat recovery components |
-
1990
- 1990-10-05 JP JP2268751A patent/JPH0750614B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04144069A (ja) | 1992-05-18 |
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