JP2001256993A - Fuel cell laminate using high-concentration hydrogen gas - Google Patents

Fuel cell laminate using high-concentration hydrogen gas

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JP2001256993A
JP2001256993A JP2000069270A JP2000069270A JP2001256993A JP 2001256993 A JP2001256993 A JP 2001256993A JP 2000069270 A JP2000069270 A JP 2000069270A JP 2000069270 A JP2000069270 A JP 2000069270A JP 2001256993 A JP2001256993 A JP 2001256993A
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gas
fuel
block
hydrogen
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Hideyuki Miwa
英幸 三輪
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell laminate using a high-concentration hydrogen gas aiming at improving efficiency of the generating apparatus by raising the fuel utilization rate in the fuel cell laminate without fuel gas recycling and enabling composition simplification and cost reduction for the generating apparatus. SOLUTION: The fuel cell laminate 13 is split into a plural number of blocks having a different number of cell to the laminating direction. The fuel gas is sent first to blocks having a larger number of the splits and its exhaust gas is sent to blocks having a smaller number of the splits. A high-concentration hydrogen gas is used as the fuel gas. In splitting the blocks, the ratio of cell numbers, m:n, is determined so that the hydrogen utilization rate for each of a plural number of blocks is the same as the others. For example, in the case of splitting the block into 2 stages to the laminating direction, the ratio of cell numbers for splitting the block into 2 stages is determined by m:n=1:(1-UH2/100), wherein the number of cells of a first lower block 14 having a larger number of cells is m, wherein the number of cells of a second upper block 15 having a smaller number of cells is n and wherein the hydrogen utilizing rate (%) is UH2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、高濃度水素ガス
を燃料ガスとして使用する燃料電池積層体に関する。
The present invention relates to a fuel cell stack using high-concentration hydrogen gas as a fuel gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】周知のとおり、リン酸型燃料電池や固体
高分子型燃料電池は、反応ガスとしての燃料ガス(例え
ば、水素)および酸化剤ガス(例えば、空気)を電極触
媒層を備えた燃料電極および酸化剤電極に連続的に供給
して、燃料のもつエネルギーを電気化学的に電気エネル
ギーに変換するものである。図5は、従来のリン酸型燃
料電池の電池積層体の概略構成の一例を示す。
2. Description of the Related Art As is well known, a phosphoric acid type fuel cell and a polymer electrolyte fuel cell are provided with a fuel gas (for example, hydrogen) and an oxidant gas (for example, air) as reaction gases and an electrode catalyst layer. The fuel is continuously supplied to the fuel electrode and the oxidant electrode, and the energy of the fuel is electrochemically converted into electric energy. FIG. 5 shows an example of a schematic configuration of a conventional cell stack of a phosphoric acid type fuel cell.

【0003】図5において単セル31は、図示しない電
極触媒層を備えた燃料電極と酸化剤電極と、この両電極
の間に配設された電解質層32と、各電極に反応ガスと
しての燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するための反応
ガス流路溝36および37を設けた多孔質のリブ付き燃
料極基材33およびリブ付き酸化剤極基材34とからな
る単電池と、ガス遮蔽板であるセパレータ35とからな
る。この単セル31を複数個積層し、マニホールド38
および39を介して反応ガスを供給,排出するようにし
て燃料電池積層体13が構成される。
In FIG. 5, a single cell 31 includes a fuel electrode and an oxidant electrode each having an electrode catalyst layer (not shown), an electrolyte layer 32 disposed between the two electrodes, and a fuel gas as a reaction gas. A unit cell comprising a porous ribbed fuel electrode base material 33 and a ribbed oxidizer electrode base material 34 provided with reaction gas flow grooves 36 and 37 for supplying gas and oxidizing gas, and a gas shielding plate And a separator 35. A plurality of the single cells 31 are stacked, and a manifold 38
The fuel cell stack 13 is configured so as to supply and discharge the reaction gas via the and 39.

【0004】燃料電池の用途の一つとして、最近、化学
プラント等で副産物として発生する水素を有効に利用す
ることを目的とした、いわゆる副生水素利用の燃料電池
が注目されている。上記利用に関する具体例について、
以下に述べる。
[0004] As one of the uses of fuel cells, recently, fuel cells utilizing so-called by-product hydrogen for the purpose of effectively utilizing hydrogen generated as a by-product in chemical plants and the like have been attracting attention. For specific examples of the above usage,
It is described below.

【0005】まず、ソーダ業界の例について説明する。
図7は、ソーダ電解プロセスのフローチャートの一例を
示す。水素の発生箇所は塩水の電解層である。理論的に
は苛性ソーダ1ton当たり280m3の水素発生量がある。ソ
ーダ電解プロセスの特徴は水素濃度が99.9%以上と
極めて高く、また副生水素の自工場プロセスでの消費量
が少ない為、近隣のプラントにパイプライン等で外販し
ているところが多いことである。しかしながら、水素消
費量が立地条件で制約されることから、余剰水素の一部
を自家発用ボイラ燃料として消費している工場が多い。
そのため、この余剰水素を効率の良い燃料電池発電に置
き換えることが考えられ、具体的に実験が進められてい
る。
First, an example of the soda industry will be described.
FIG. 7 shows an example of a flowchart of the soda electrolysis process. The location where hydrogen is generated is the electrolytic layer of salt water. Theoretically, there is 280 m 3 of hydrogen generated per ton of caustic soda. The feature of the soda electrolysis process is that the hydrogen concentration is extremely high at 99.9% or more, and the consumption of by-product hydrogen in the process of the own factory is small, so many of them are sold to nearby plants via pipelines etc. is there. However, since hydrogen consumption is limited by the location conditions, many factories consume a part of surplus hydrogen as boiler fuel for self-generation.
Therefore, it is conceivable to replace the surplus hydrogen with efficient fuel cell power generation, and specific experiments are being conducted.

【0006】上記以外に、石油化学業界への利用が考え
られる。図8は、石油化学工場のプロセスのフローチャ
ートの一例を示す。水素はナフサの分解・精製工程のう
ち主として脱メタン深冷分離装置から発生する。
In addition to the above, use in the petrochemical industry is conceivable. FIG. 8 shows an example of a flowchart of a process in a petrochemical factory. Hydrogen is mainly generated from the demethanization cryogenic separator during the naphtha cracking and refining process.

【0007】この業界の副生水素は純度が95%と高
く、発生量(理論的には約400m3/ton-エチレン)も多いが、プ
ラント内での水素消費用途(主に脱流用)が多いことから
余剰水素の多くは消費される。しかし工業統計では石油
化学工場のほとんどが自家発電を、重油とオフガス(余
剰水素)の混燃で行なっており、これからするとかなり
の燃料電池で発電可能な水素量が潜在していると考えら
れる。
[0007] By-product hydrogen in this industry has a high purity of 95% and a large amount of generated (theoretically, about 400 m3 / ton-ethylene), but it is often used for hydrogen consumption in plants (mainly for outflow). Therefore, much of the surplus hydrogen is consumed. However, according to industrial statistics, most petrochemical plants use in-house power generation with a mixture of heavy oil and off-gas (excess hydrogen), suggesting that there is considerable potential for the amount of hydrogen that can be generated by fuel cells.

【0008】ところで上記のように、化学プラントで余
剰に生成された副生水素(高濃度水素ガスで水素成分が
95%以上)を利用した、従来の燃料電池発電装置のシ
ステム系統図の一例を、図6に示す。
As described above, an example of a system diagram of a conventional fuel cell power generator using by-produced hydrogen (high-concentration hydrogen gas and a hydrogen component of 95% or more) generated in excess in a chemical plant is described below. Shown in FIG.

【0009】図6において、燃料電池積層体3への燃料
ガス供給は、流量調節弁1により燃料電池の発電に必要
な流量を制御し、エゼクタ2から行われる。ここで供給
ガスは、エゼクターにおいて、リサイクルガス8と混合
され、燃料電池積層体3の燃料極4にこの混合ガスを供
給する。この時のリサイクルガス量は、燃料電池積層体
3への燃料供給ガス量と燃料電池積層体における燃料ガ
ス消費量の比が一定となるように調節弁7により制御さ
れる。
In FIG. 6, fuel gas is supplied from the ejector 2 to the fuel cell stack 3 by controlling the flow rate required for power generation of the fuel cell by the flow control valve 1. Here, the supply gas is mixed with the recycle gas 8 in the ejector, and supplies this mixed gas to the fuel electrode 4 of the fuel cell stack 3. At this time, the amount of recycled gas is controlled by the control valve 7 so that the ratio of the amount of gas supplied to the fuel cell stack 3 to the amount of fuel gas consumed in the fuel cell stack becomes constant.

【0010】燃料電池積層体3において発電に利用した
後の燃料極4からのオフガスは、水分を含むので、その
ままリサイクルガス系に供給すると調節弁7等に支障を
与えるため、熱交換器10により一旦冷却し、ガス中の
水分を除去し、その後熱交換器9により再過熱してリサ
イクルガス系に戻している。11は冷却水の供給ライン
を示し、12は生成水回収タンクを示す。
Since the off-gas from the fuel electrode 4 after being used for power generation in the fuel cell stack 3 contains moisture, if it is supplied to the recycle gas system as it is, it will interfere with the control valve 7 and the like. Once cooled, the water in the gas is removed and then reheated by the heat exchanger 9 to return to the recycled gas system. Reference numeral 11 denotes a cooling water supply line, and reference numeral 12 denotes a generated water recovery tank.

【0011】またこの系においてリサイクルによる不純
ガス濃縮を防ぐために、パージライン27に取り付けら
れた流量抑制オリフィス30から、微量のガスを排気し
ている。このパージライン27からの排気は、ブロワ6
から燃料電池積層体3の空気極5へ供給された空気の排
気28と合流希釈し、配管29により大気へ放出してい
る。
In this system, a small amount of gas is exhausted from a flow suppression orifice 30 attached to a purge line 27 in order to prevent impurity gas concentration due to recycling. The exhaust gas from the purge line 27 is supplied to the blower 6
Is diluted with the exhaust gas 28 of the air supplied to the air electrode 5 of the fuel cell stack 3 from the fuel cell stack 3, and is discharged to the atmosphere through a pipe 29.

【0012】上記のように、高濃度水素ガスを燃料ガス
とする燃料電池発電装置においては、燃料電池積層体に
おける燃料出口側ガスの水素濃度が高い(水素分圧が高
い)ことを利用し、このガスを再使用するために、リサ
イクルラインを設けてエゼクターを使用しリサイクルを
行い、装置としての燃料利用率を高めることにより装置
の効率改善を行っている。
As described above, in the fuel cell power generator using high-concentration hydrogen gas as fuel gas, the fact that the hydrogen concentration of the fuel outlet side gas in the fuel cell stack is high (the hydrogen partial pressure is high) is utilized. In order to reuse this gas, a recycling line is provided to perform recycling using an ejector, and the efficiency of the apparatus is improved by increasing the fuel utilization rate of the apparatus.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
高濃度水素ガスを燃料ガスとして使用する燃料電池発電
装置においては、燃料ガスのリサイクルを行うことによ
り効率改善を行っているが、燃料電池排ガスには多量の
水分や,電解質からでる不純物等を除去してからリサイ
クルを行う必要があることや,リサイクル流量を制御す
るために多くの機器を必要とし、装置構成が複雑でその
分コスト高となる問題がある。
As described above, in a conventional fuel cell power generator using high-concentration hydrogen gas as fuel gas, efficiency is improved by recycling fuel gas. It is necessary to recycle the battery exhaust gas after removing a large amount of water and impurities generated from the electrolyte.Moreover, many devices are required to control the flow rate of the recycle. There is a problem that is high.

【0014】この発明は、上記問題点に鑑みてなされた
もので、この発明の課題は、燃料ガスのリサイクルを行
なわずに燃料電池積層体における燃料利用率を高めて発
電装置の効率改善を図り、発電装置構成の簡略化とコス
ト低減が可能な高濃度水素ガスを使用する燃料電池積層
体を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to improve the efficiency of a power generator by increasing the fuel utilization rate in a fuel cell stack without recycling fuel gas. It is another object of the present invention to provide a fuel cell stack using a high-concentration hydrogen gas capable of simplifying the configuration of a power generation device and reducing costs.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、この発明は、電極触媒層を備えた燃料電極と酸化
剤電極と、この両電極の間に配設された電解質層と、各
電極に反応ガスとしての燃料ガスおよび酸化剤ガスを供
給するための反応ガス流路溝を設けた多孔質のリブ付き
燃料極基材およびリブ付き酸化剤極基材とからなる単電
池に、ガス遮蔽板であるセパレータを重ねて積層した単
セルを複数個積層し、前記反応ガス空間にマニホールド
を介して反応ガスを供給,排出するようにしてなり、か
つ前記積層した複数個の単セルを積層方向で異なったセ
ル数で複数のブロックに分割し、分割数の多いブロック
に先に燃料ガスを供給し、その排ガスを分割数の少ない
ブロックに供給するようにしてなり、さらに前記燃料ガ
スとして高濃度水素ガスを使用する燃料電池積層体にお
いて、前記複数の各ブロック毎の燃料ガス水素供給量と
水素消費量との比(水素利用率)が同一となるようにセ
ル数比を定めて分割してなるものとする(請求項1)。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a fuel electrode having an electrode catalyst layer, an oxidant electrode, an electrolyte layer disposed between the two electrodes, A unit cell comprising a porous ribbed fuel electrode base material and a ribbed oxidant electrode base material provided with a reaction gas channel groove for supplying a fuel gas and a oxidant gas as a reaction gas to each electrode, A plurality of unit cells are stacked by stacking separators, which are gas shielding plates, and a reaction gas is supplied to and discharged from the reaction gas space via a manifold. It is divided into a plurality of blocks with different numbers of cells in the stacking direction, the fuel gas is supplied first to the block with a large number of divisions, and the exhaust gas is supplied to the block with a small number of divisions, and further as the fuel gas High concentration water In the fuel cell stack using gas, the fuel cell stack is divided by determining the cell number ratio so that the ratio (hydrogen utilization rate) between the fuel gas hydrogen supply amount and the hydrogen consumption amount for each of the plurality of blocks is the same. (Claim 1).

【0016】具体的には、請求項1記載の燃料電池積層
体において、積層方向に2段分割の場合には、セル数の
多い第1のブロックのセル数をmとし、セル数の少ない
第2のブロックのセル数をnとし、水素利用率(%)を
UH2 としたとき、2段分割のセル数比を、m:n=1:
(1−UH2/100)により定める(請求項2)。
Specifically, in the fuel cell stack according to the first aspect, when the fuel cell is divided into two stages in the stacking direction, the number of cells in the first block having a large number of cells is m, and the number of cells in the first block having a small number of cells is m. The number of cells in block 2 is n, and the hydrogen utilization rate (%) is
When UH 2 is set, the cell number ratio of the two-stage division is m: n = 1:
(1-UH 2/100) determined by (claim 2).

【0017】上記により、後に詳述するように、各ブロ
ックにおける水素利用率を、燃料効率上最良とされてい
る利用率80%で無理なく運転可能とし、かつ燃料電池
積層体トータルの水素利用率の向上を図ることができ
る。
As described above, as described later in detail, the hydrogen utilization rate in each block can be operated without difficulty at the utilization rate of 80%, which is considered to be the best in terms of fuel efficiency, and the total hydrogen utilization rate of the fuel cell stack is Can be improved.

【0018】また、燃料電池積層体トータルの水素利用
率の向上を図るためには、2段分割より3段分割の方が
好適で、この場合には、請求項3の発明のようにセル数
比を定める。即ち、請求項1記載の燃料電池積層体にお
いて、積層方向3段分割の場合、セル数の多い第1のブ
ロックのセル数をmとし、第1のブロックよりセル数の
少ない第2のブロックのセル数をnとし、さらに第2の
ブロックよりセル数の少ない第3のブロックのセル数を
sとし、水素利用率(%)をUH2 としたとき、3段分割
のセル数比を、m:n:s=1:(1−UH2/100):
(1−UH2/100)2により定める。
In order to improve the total hydrogen utilization of the fuel cell stack, three-stage division is more preferable than two-stage division. In this case, the number of cells may be increased. Determine the ratio. That is, in the fuel cell stack according to claim 1, in the case of three-stage division in the stacking direction, the number of cells of the first block having a large number of cells is m, and the number of cells of the second block having a smaller number of cells than the first block is m. the number of cells is n, and further the number of cells s of the second blocks from the cell number less third block, when hydrogen utilization rate (%) and UH 2, the cell number ratio of 3-stage division, m : n: s = 1: ( 1-UH 2/100):
Determined by (1-UH 2/100) 2.

【0019】さらに、燃料電池積層体トータルの水素利
用率の向上を図るためには、請求項4の発明のようにす
ることもできる。即ち、請求項1記載の燃料電池積層体
において、分割数の少ないブロックを、セル面内で燃料
ガスがリターンするようにしてなり、さらに面内後流側
のガス流路空間が小となるように,かつこの分割された
セル面区分毎の水素利用率が同一となるように面内のセ
ル幅比(L1:L2)を定めて分割してなるものとする。
Further, in order to improve the hydrogen utilization rate of the fuel cell stack as a whole, the invention according to claim 4 can be adopted. That is, in the fuel cell stack according to the first aspect, the blocks having a small number of divisions are configured so that the fuel gas returns in the cell plane, and the gas flow space on the downstream side in the plane is reduced. And the cell width ratio (L 1 : L 2 ) in the plane is determined so that the hydrogen utilization rate of each divided cell plane section is the same.

【0020】具体的には、前記請求項4記載の燃料電池
積層体において、積層方向に2段分割の場合、セル数の
多い第1のブロックのセル数をmとし、セル数が少なく
かつリターン構成を有する第2のブロックのセル数をn
とし、水素利用率(%)をUH 2としたとき、2段分割の
セル数比m:nおよびセル幅比(L1:L2)を下記によ
り定める。 m:n=1:(1−UH2/100)+(1−UH2/100)21:L2=1:(1−UH2/100)
Specifically, the fuel cell according to claim 4
In the case of a two-stage division in the stacking direction,
Let m be the number of cells in the first block which is large, and
And the number of cells of the second block having the return configuration is n
And the hydrogen utilization rate (%) is UH TwoWhen the two-stage split
The cell number ratio m: n and the cell width ratio (L1: LTwo) To
Determined. m: n = 1: (1-UHTwo/ 100) + (1-UHTwo/ 100)Two L1: LTwo= 1: (1-UHTwo/ 100)

【0021】さらにまた、上記発明を実施する場合、下
記を考慮する必要がある。燃料電池発電装置の出力が急
激に変動した場合や、停止時に不活性ガスで燃料ガス系
を短時間で置換する場合等においては、ガス出口側のブ
ロックにおけるセル数が少ないため余剰ガスや置換ガス
で圧力損失が増大し、入口側のブロックにおけるガス圧
が過大となる恐れがある。燃料電池の燃料極と空気極に
過大圧がかかることは、燃料電池の異常原因となるの
で、この過大圧がかからないようにする構造とする必要
がある。この観点から、下記のようにするのが好適であ
る。
Further, when carrying out the above invention, it is necessary to consider the following. When the output of the fuel cell power generation system fluctuates rapidly, or when the fuel gas system is replaced with an inert gas in a short time at the time of stoppage, etc. As a result, the pressure loss increases, and the gas pressure in the block on the inlet side may become excessive. Excessive pressure applied to the fuel electrode and the air electrode of the fuel cell causes an abnormality in the fuel cell. Therefore, it is necessary to adopt a structure that does not apply the excessive pressure. From this viewpoint, the following is preferable.

【0022】即ち、請求項1記載の燃料電池積層体にお
いて、分割数の少ないブロックにおけるセル内部の燃料
ガス流路溝の溝高さ寸法を、分割数の多いブロックにお
ける溝高さ寸法より大とする(請求項6)。
That is, in the fuel cell stack according to the first aspect, the groove height of the fuel gas flow channel inside the cell in the block with a small number of divisions is larger than the groove height in the block with a large number of divisions. (Claim 6).

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】図面(図1ないし図4)に基づ
き、本発明の実施の形態について以下にのべる。なお、
以下に示す各図において、従来装置(図5)を含めて、同
一部材には、同一番号を付して説明を省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings (FIGS. 1 to 4). In addition,
In the drawings shown below, the same members as those of the related art (FIG. 5) are assigned the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0024】(燃料電池積層体の構成について) (実施例1)図1は、請求項1および2の発明に関わる
燃料電池積層体の実施例の概念的斜視図を示す。図1に
おいて、13は電池積層体、14は下ブロック、15は
上ブロック、16は燃料ガス供給マニホールド、17は
燃料ガス排出マニホールド、18は燃料ガス上下ブロッ
クリターンマニホールド、19は燃料ガス供給配管、2
0は燃料ガス排出配管、21は燃料ガス流路であり、燃
料電池積層体13は上下異なったセル数mおよびnによ
り、上ブロック15と下ブロック14とに分割されてい
る。
(Configuration of Fuel Cell Stack) (First Embodiment) FIG. 1 is a conceptual perspective view of an embodiment of a fuel cell stack according to the first and second aspects of the present invention. In FIG. 1, 13 is a battery stack, 14 is a lower block, 15 is an upper block, 16 is a fuel gas supply manifold, 17 is a fuel gas discharge manifold, 18 is a fuel gas upper and lower block return manifold, 19 is a fuel gas supply pipe, 2
Numeral 0 denotes a fuel gas discharge pipe, numeral 21 denotes a fuel gas flow path, and the fuel cell stack 13 is divided into an upper block 15 and a lower block 14 by different numbers of cells m and n in the vertical direction.

【0025】分割数の多い下ブロック14にマニホール
ド16から燃料ガスを供給し、排ガスが分割数の少ない
上ブロック15に供給される様に、上下を一体にしたマ
ニホールド18を設け、最後に上ブロック15の排ガス
を排気する為のマニホールド17を設ける。これにより
燃料ガスは、燃料ガス流路21の矢印のように流れる。
An upper and lower manifold 18 is provided so that fuel gas is supplied from the manifold 16 to the lower block 14 having a large number of divisions and exhaust gas is supplied to the upper block 15 having a small number of divisions. A manifold 17 for exhausting the exhaust gas of No. 15 is provided. Thereby, the fuel gas flows as indicated by the arrow in the fuel gas flow path 21.

【0026】図1において、酸化剤ガス系の経路に関わ
る構成は、その図示を省略しているが、酸化剤ガスとし
て空気を使用する場合には、酸素濃度が低いので、空気
の流通経路は従来装置と同様とする。酸素濃度が高い場
合には、前記燃料ガス系統と同様に分割することもでき
る。
In FIG. 1, the configuration relating to the oxidizing gas system path is not shown, but when air is used as the oxidizing gas, the flow path of the air is low because the oxygen concentration is low. Same as the conventional device. When the oxygen concentration is high, it can be divided similarly to the fuel gas system.

【0027】上記のように、異なったセル数で分割され
た上ブロック15と下ブロック14とのセル数の分割比
率(m:n)は,分割区間毎の燃料利用率が同じとなる
ようにする為、水素利用率(%)をUH2 としたとき、
m:n=1:(1−UH2/100)により計算し、この比率
で分割する。この点については、3段以上の分割の場合
も含めて、後に詳述する。
As described above, the division ratio (m: n) of the number of cells of the upper block 15 and the lower block 14 divided by different numbers of cells is set so that the fuel utilization rate for each divided section is the same. to, when the hydrogen utilization rate (%) and UH 2,
m: n = 1: calculated by (1-UH 2/100) , is divided by this ratio. This point will be described in detail later, including the case of division into three or more stages.

【0028】(実施例2)図2は、請求項4および5の
発明に関わる燃料電池積層体の実施例の概念的斜視図を
示す。図2においては、マニホールド18の中に上ブロ
ック15を面内方向でリターン構造としたブロックの燃
料ガス出口側部分に燃料ガス排出マニホールド用仕切部
22を設け、また、上ブロック15の入口側部分に、燃
料ガス上ブロックリターンマニホールド23を設けるこ
とにより、燃料ガスが燃料ガス流路21の矢印のように
流れる構成としている。
(Embodiment 2) FIG. 2 is a conceptual perspective view of an embodiment of a fuel cell stack according to the fourth and fifth aspects of the present invention. In FIG. 2, a fuel gas discharge manifold partition 22 is provided at a fuel gas outlet side portion of a block in which the upper block 15 has a return structure in an in-plane direction in the manifold 18, and an inlet side portion of the upper block 15 is provided. The fuel gas upper block return manifold 23 is provided to allow the fuel gas to flow as indicated by the arrow in the fuel gas flow path 21.

【0029】図2の実施例において、2段分割のセル数
比m:nおよびセル幅比(L1:L2)は下記により定め
る。この点についても、後に詳述する。
In the embodiment shown in FIG. 2, the cell number ratio m: n and the cell width ratio (L 1 : L 2 ) of the two-stage division are determined as follows. This point will be described later in detail.

【0030】m:n=1:(1−UH2/100)+(1−UH2
/100)21:L2=1:(1−UH2/100) (実施例3)図3に、請求項6の発明に関わる実施例の
概念的斜視図を示す。図3の実施例においては、単セル
31の構成部材のなかで燃料極電極基材33に設けられ
ている燃料ガス流路溝としての基材溝41,42の高さ
を,図に示す様に分割数の多い下ブロックにおける溝高
さ寸法D1より、分割数の少ない上ブロックにおける溝
高さ寸法D2を高くする。
[0030] m: n = 1: (1 -UH 2/100) + (1-UH 2
/ 100) 2 L 1: L 2 = 1: the (1-UH 2/100) ( Example 3) Figure 3 shows a conceptual perspective view of an embodiment according to the invention of claim 6. In the embodiment of FIG. 3, the heights of the base material grooves 41 and 42 as fuel gas flow grooves provided in the fuel electrode base material 33 among the constituent members of the single cell 31 are as shown in the figure. The groove height D2 in the upper block with a smaller number of divisions is made higher than the groove height D1 in the lower block with a larger number of divisions.

【0031】これにより、燃料電池発電装置の出力が急
激に変動した場合や燃料電池停止時に不活性ガスで燃料
ガス系を短時間で置換する場合等において、ガス出口側
となるブロックの積層数が少ないことに起因して発生す
る余剰ガスや置換ガスによる過大圧の発生を防止でき
る。
Thus, when the output of the fuel cell power generation system fluctuates rapidly, or when the fuel gas system is replaced with an inert gas in a short time when the fuel cell is stopped, the number of stacked blocks on the gas outlet side is reduced. It is possible to prevent excessive pressure from being generated due to surplus gas or replacement gas generated due to the small amount.

【0032】(セル数比およびセル幅比の選定につい
て)前記多段分割のセル数比や面内分割のセル幅比等に
ついて、その選定の根拠と具体例に関し以下に述べる。
今、燃料電池積層体をセル数の多いほうから、m:n:
sの比率に分割し、m,n,sの各ブロックへの水素ガ
ス供給量をそれぞれ、F1,F2,F3 とする。まず、請求項
2に関わる積層方向2段分割(m:nの選定)について
述べる。ここで、k:一セル当たりの水素使用量、i:燃
料電池の電流UH2: 統一したい水素利用率(%)とする
と、mセル区間の利用率は、下記式1となる。
(Selection of Cell Number Ratio and Cell Width Ratio) The cell number ratio of the multi-stage division, the cell width ratio of the in-plane division, and the like will be described below with reference to the selection basis and specific examples.
Now, in the fuel cell stack, m: n:
The ratio is divided into s ratios, and the supply amounts of hydrogen gas to the m, n, and s blocks are F1, F2, and F3, respectively. First, a two-stage division in the stacking direction (selection of m: n) according to claim 2 will be described. Here, assuming that k: the amount of hydrogen used per cell, i: the current UH 2 of the fuel cell, and the hydrogen utilization rate (%) to be unified, the utilization rate in the m-cell section is represented by the following equation 1.

【0033】 UH2=(m・k・i/F1)・100 (式1) また、nセル区間の利用率は、同様に下記式2となる。UH 2 = (m · k · i / F1) · 100 (Equation 1) The utilization rate of the n-cell section is similarly expressed by the following Equation 2.

【0034】 UH2=(n・k・i/F2)・100 (式2) ここで、F2=F1・(1−UH2/100)であるので、これを
上記式2に代入すると、 UH2=(n・k・i)・100/[F1・(1−UH2/100)] (式3) となる。
[0034] UH 2 = (n · k · i / F2) · 100 ( Equation 2) where so is F2 = F1 · (1-UH 2/100), when it is substituted into the above equation 2, UH 2 = become (n · k · i) · 100 / [F1 · (1-UH 2/100)] ( equation 3).

【0035】mセル区間とnセル区間の水素利用率を同
じにする為、式1=式3とすると、 (m・k・i/F1)・100=(n・k・i)・100/[F1
・(1−UH2/100)] となり、上式における両辺の共通項を削除すると、m=
n/(1−UH2/100)となる。即ち、m:n=1:(1
−UH2/100)となる。
In order to make the hydrogen utilization rates in the m-cell section and the n-cell section the same, if Equation 1 = Equation 3, then (m · ki · F1) · 100 = (n · ki) · 100 / [F1
· (1-UH 2/100 )] next, removing the intersection of both sides in the above formula, m =
n / a becomes (1-UH 2/100) . That is, m: n = 1: (1
-UH 2/100) to become.

【0036】次に3段目sセルが存在する3段分割の場
合について述べる。n:s=1:(1−UH2/100)とな
れば良いので、1を(1-UH2/100)に置き換えてn:sを
計算すると次のようになる。 n:s=(1−UH2/100):(1−UH2/100)2 これにより、m:n:sの比率は次の式となる。即ち、
m:n:s=1:(1−UH2/100):(1−UH2/100)2
また、燃料電池積層体をn段に分割した場合の一般式
は、下記のとおりである。
Next, a case of a three-stage division in which a third-stage s-cell exists will be described. n: s = 1: Because (1-UH 2/100) and may be familiar, n replaces the 1 (1-UH 2/100) : When you calculate the s is as follows. n: s = (1-UH 2/100) :( 1-UH 2/100) 2 Thus, m: n: the ratio of s is the following expression. That is,
m: n: s = 1: (1-UH 2/100) :( 1-UH 2/100) 2
The general formula when the fuel cell stack is divided into n stages is as follows.

【0037】N1:N2:N3・・・Nn=1:(1-UH2/100):(1-UH
2/100)2:・・・(1-UH2/100)(n-1)さらに、面内方向の
分割についてもセル数N比をセル幅L比に置き換えて同
様に考えることができるため、その一般式は、 L1:L2:L3・・・Ln=1:(1-UH2/100):(1-UH2/100)2:・
・・(1-UH2/100)(n-1) となる。
[0037] N1: N2: N3 ··· Nn = 1: (1-UH 2/100) :( 1-UH
2/100) 2: ··· ( 1-UH 2/100) (n-1) Further, it is possible to similarly considered by replacing the number of cells N ratio also split plane direction in the cell width L ratio , the general formula, L1: L2: L3 ··· Ln = 1: (1-UH 2/100) :( 1-UH 2/100) 2: ·
To become ·· (1-UH 2/100 ) (n-1).

【0038】次に、二段目のブロックを面内方向でリタ
ーン構造とする場合について述べる。二段目の面内方向
配分は、上記の式で計算され、積層方向の比率について
は二段目のブロックが面内方向でリターン構造であるこ
とを考慮して、まず、次の様に補正する。
Next, a case where the second-stage block has a return structure in the in-plane direction will be described. The second-stage in-plane direction distribution is calculated by the above formula, and the ratio in the stacking direction is first corrected as follows in consideration of the fact that the second-stage block has a return structure in the in-plane direction. I do.

【0039】 m:n=1:(1−UH2/100)・(L1+L2)/L1 (式4) ここで、式4における定数部分は下記のように計算され
る。
[0039] m: n = 1: (1 -UH 2/100) · (L1 + L2) / L1 ( Equation 4) where the constant part in Equation 4 is calculated as follows.

【0040】(L1+L2)/L1=[1+(1−UH2/100)]
/1=1+(1−UH2/100) これを式4に代入すると、 m:n=1:(1−UH2/100)・[1+(1−UH2/100)] 従って、 m:n=1:(1−UH2/100)+(1−UH2/100)2 となる。
[0040] (L1 + L2) / L1 = [1+ (1-UH 2/100)]
/ 1 = 1 + (1- UH 2/100) If this is substituted into equation 4, m: n = 1: (1-UH 2/100) · [1+ (1-UH 2/100)] Thus, m: n = 1: the (1-UH 2/100) + (1-UH 2/100) 2.

【0041】(分割と水素濃度の推移の試算例)図4
に、この発明の実施例に関わる高濃度水素ガスを使用す
る燃料電池積層体における水素濃度の推移の試算例を、
通常濃度(メタン改質ガスで水素濃度75%の場合)と
比較して示す。図4(a)は燃料電池積層体への入口水
素濃度97%の場合、図4(b)は95%の場合、図4
(c)は75%の場合を示す。試算において、比較例
(図4(c))の一段目を除き、水素利用率(UH2)は
80%と仮定した。一般に、水素利用率は80%程度が
最適といわれている。水素利用率が大きい方がシステム
効率は高くなるが、電池電圧が低下して効率低下やセル
の損傷につながることなどから、適切な値に抑えられ
る。
(Example of division and calculation of transition of hydrogen concentration) FIG.
Next, a trial calculation example of the transition of the hydrogen concentration in the fuel cell stack using the high-concentration hydrogen gas according to the embodiment of the present invention,
It is shown in comparison with the normal concentration (when the hydrogen concentration is 75% with methane reformed gas). 4A shows a case where the hydrogen concentration at the inlet to the fuel cell stack is 97%, and FIG. 4B shows a case where the hydrogen concentration is 95%.
(C) shows the case of 75%. In the trial calculation, the hydrogen utilization rate (UH 2 ) was assumed to be 80% except for the first stage of the comparative example (FIG. 4C). Generally, it is said that the optimum hydrogen utilization is about 80%. Although the higher the hydrogen utilization rate, the higher the system efficiency, the battery voltage is reduced, which leads to a reduction in efficiency and damage to the cell.

【0042】図4(a)に示すように、例えば燃料電池
積層体を100セル,20セル,4セルと3分割し、副
生水素の入口水素濃度が97%であった場合、二段目出
口でも水素濃度は60%近くあり、三段目を設けても十
分利用できる範囲となる。更にこの発明によれば、全て
のセルブロックにおいて、水素利用率が80%で運転さ
れ、全てのセルにおいて均等に水素が使用されるため、
セルを傷めることなく最良の燃料効率を得る事ができ
る。この場合のトータルの水素利用率は、99.2%で
ある。
As shown in FIG. 4A, for example, when the fuel cell stack is divided into 100 cells, 20 cells and 4 cells, and the hydrogen concentration at the inlet of by-product hydrogen is 97%, the second stage is used. Even at the outlet, the hydrogen concentration is close to 60%, which is a range that can be sufficiently used even if the third stage is provided. Further, according to the present invention, all the cell blocks are operated at a hydrogen utilization of 80%, and hydrogen is uniformly used in all the cells.
The best fuel efficiency can be obtained without damaging the cell. The total hydrogen utilization in this case is 99.2%.

【0043】また、図4(b)に示すように、入口水素
濃度が95%の場合には、二段目出口の水素濃度が50
%を切ってしまうため、三段目の利用は難しいが、二段
目までは無理無く運転できる。この場合の二段目までの
トータルの水素料利用率は96%となる。
As shown in FIG. 4B, when the inlet hydrogen concentration is 95%, the hydrogen concentration at the second stage outlet is 50%.
The third stage is difficult to use because it cuts the percentage, but the second stage can be operated without difficulty. In this case, the total hydrogen charge utilization rate up to the second stage is 96%.

【0044】上記に対する比較例として、通常燃料電池
発電でよく使用されているメタン改質ガス(水素濃度7
5%程度)を利用して2:1のセル数で分割した場合の
水素濃度の推移を図4(c)に示す。ここでは80セル
と40セルの分割比で最良の水素利用率が得られるよ
う、二段目の水素利用率を80%として求めている。
As a comparative example with respect to the above, a methane reformed gas (hydrogen concentration 7
FIG. 4C shows the transition of the hydrogen concentration when the cell is divided by the cell number of 2: 1 using about 5%). Here, the second stage hydrogen utilization rate is determined to be 80% so that the best hydrogen utilization rate can be obtained with a division ratio of 80 cells and 40 cells.

【0045】この場合の入口水素濃度は75%であり、
残りの25%のガスはそのまま下流側へ行くため燃料電
池を通過すると水素濃度が大きく低下してしまうことが
わかる。一段目出口でも約54%と低く、二段目の発電
は低水素濃度運転となり燃料電池の特性が下がると共に
電極自体にも傷めてしまうことになる。さらに二段目の
出口では水素濃度約19%まで低下してしまい、このあ
と燃料電池で発電することはできない。
In this case, the inlet hydrogen concentration is 75%,
It can be seen that the remaining 25% of the gas goes downstream as it is, so that passing through the fuel cell greatly reduces the hydrogen concentration. Even at the outlet of the first stage, it is as low as about 54%, and the power generation of the second stage is a low hydrogen concentration operation, which deteriorates the characteristics of the fuel cell and damages the electrode itself. Further, at the outlet of the second stage, the hydrogen concentration is reduced to about 19%, so that the fuel cell cannot generate power thereafter.

【0046】またこの例では、本来、水素燃料効率上最
良と考えられる全てのセルが80%利用率とすることは
できず、一段目は61%と下がってしまっている。ま
た、トータルの水素利用率は、93.7%にとどまる。
さらに、この発明の分割比式を使用して分割したとして
も、入口水素濃度が75%程度の場合には出口の水素濃
度は低くなってしまい、二段目を設けて発電することに
は無理があり、さらに三段目を設けて発電することは不
可能である。
Further, in this example, it is not possible to set all cells considered to be the best in terms of hydrogen fuel efficiency to 80% utilization, and the first stage is reduced to 61%. Further, the total hydrogen utilization rate is only 93.7%.
Further, even if the division is performed by using the division ratio formula of the present invention, when the hydrogen concentration at the inlet is about 75%, the hydrogen concentration at the outlet is low, and it is impossible to generate power by providing the second stage. In addition, it is impossible to provide a third stage for power generation.

【0047】[0047]

【発明の効果】上記のとおり、この発明によれば、電極
触媒層を備えた燃料電極と酸化剤電極と、この両電極の
間に配設された電解質層と、各電極に反応ガスとしての
燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するための反応ガス流
路溝を設けた多孔質のリブ付き燃料極基材およびリブ付
き酸化剤極基材とからなる単電池に、ガス遮蔽板である
セパレータを重ねて積層した単セルを複数個積層し、前
記反応ガス空間にマニホールドを介して反応ガスを供
給,排出するようにしてなり、かつ前記積層した複数個
の単セルを積層方向で異なったセル数で複数のブロック
に分割し、分割数の多いブロックに先に燃料ガスを供給
し、その排ガスを分割数の少ないブロックに供給するよ
うにしてなり、さらに前記燃料ガスとして高濃度水素ガ
スを使用する燃料電池積層体において、前記複数の各ブ
ロック毎の燃料ガス水素供給量と水素消費量との比(水
素利用率)が同一となるようにセル数比を定めて分割し
てなるものとする、例えば、積層方向に2段分割の場合
には、セル数の多い第1のブロックのセル数をmとし、
セル数の少ない第2のブロックのセル数をnとし、水素
利用率(%)をUH2 としたとき、2段分割のセル数比
を、m:n=1:(1−UH 2/100)により定め、また、
積層方向3段分割の場合、セル数の多い第1のブロック
のセル数をmとし、第1のブロックよりセル数の少ない
第2のブロックのセル数をnとし、さらに第2のブロッ
クよりセル数の少ない第3のブロックのセル数をsと
し、水素利用率(%)をUH2 としたとき、3段分割のセ
ル数比を、m:n:s=1:(1−UH2/100):(1−U
H2/100)2により定めることにより、燃料電池積層体各
ブロックにおける水素利用率を、燃料効率上最良とされ
ている利用率80%で無理なく運転可能とし、かつ燃料
電池積層体トータルの水素利用率の向上を図ることがで
きる。これにより、従来のように燃料ガスのリサイクル
を行なうことなしに高濃度水素ガスを使用する燃料電池
積層体における燃料利用率を高めることができ、発電装
置の効率改善ならびに構成の簡略化とコストの低減を図
ることができる。
As described above, according to the present invention, the electrode
A fuel electrode and an oxidant electrode provided with a catalyst layer, and both electrodes
The electrolyte layer disposed between the electrodes and each electrode
Reactant gas flow for supplying fuel gas and oxidant gas
Porous ribbed fuel electrode substrate with channel grooves and ribbed
A gas shield plate for a unit cell consisting of an oxidizer electrode base material
Laminate multiple single cells with the separator stacked,
The reaction gas is supplied to the reaction gas space via a manifold.
Supply and discharge, and said plurality of stacked
Blocks with different numbers of cells in the stacking direction
And supply fuel gas first to blocks with a large number of divisions
And supply the exhaust gas to blocks with a small number of divisions.
High-concentration hydrogen gas as the fuel gas.
In a fuel cell stack using a plurality of fuel cells,
Ratio of fuel gas hydrogen supply to hydrogen consumption per lock (water
(Cell utilization ratio)
For example, in the case of two-stage division in the stacking direction
, M is the number of cells in the first block having a large number of cells,
The number of cells in the second block having a small number of cells is n, and hydrogen
UH Utilization rate (%)TwoAnd the cell ratio of the two-stage division
M: n = 1: (1-UH Two/ 100), and
In the case of three-stage division in the stacking direction, the first block having a large number of cells
Is the number of cells of m, and the number of cells is smaller than that of the first block.
Let n be the number of cells in the second block,
S is the number of cells in the third block having fewer cells than
And UH for hydrogen utilization (%)TwoAnd the three-stage division
The number ratio is expressed as m: n: s = 1: (1-UHTwo/ 100): (1-U
HTwo/ 100)TwoThe fuel cell stack will be
The hydrogen utilization in the block is considered to be the best in terms of fuel efficiency.
Operation is possible with a utilization rate of 80% and fuel
It is possible to improve the overall hydrogen utilization rate of the battery stack.
Wear. This allows fuel gas recycling as before.
Cell using high-concentration hydrogen gas without performing
The fuel efficiency of the stack can be increased,
Improve device efficiency, simplify configuration and reduce costs
Can be

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の燃料電池積層体に関わる実施例の概
念的斜視図
FIG. 1 is a conceptual perspective view of an embodiment relating to a fuel cell stack of the present invention.

【図2】この発明の図1とは異なる実施例の概念的斜視
FIG. 2 is a conceptual perspective view of an embodiment different from FIG. 1 of the present invention.

【図3】この発明のさらに異なる実施例の概念的斜視図FIG. 3 is a conceptual perspective view of still another embodiment of the present invention.

【図4】この発明の実施例に関わる高濃度水素ガスを使
用する燃料電池積層体と比較例における水素濃度の推移
の試算例を示す図
FIG. 4 is a diagram showing a trial calculation example of a change in hydrogen concentration in a fuel cell stack using a high-concentration hydrogen gas according to an embodiment of the present invention and a comparative example.

【図5】従来の燃料電池積層体の概念的斜視図FIG. 5 is a conceptual perspective view of a conventional fuel cell stack.

【図6】従来の副生水素ガスを使用する燃料電池発電装
置のシステム系統図
FIG. 6 is a system diagram of a conventional fuel cell power generator using by-product hydrogen gas.

【図7】ソーダ電解プロセスのフローチャートの一例を
示す図
FIG. 7 is a diagram showing an example of a flowchart of a soda electrolysis process.

【図8】石油化学工場のプロセスのフローチャートの一
例を示す図
FIG. 8 is a diagram showing an example of a process flowchart of a petrochemical plant.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

13:電池積層体、14:下ブロック、15:上ブロッ
ク、16:燃料ガス供給マニホールド、17:燃料ガス
排出マニホールド、18:燃料ガス上下ブロックリター
ンマニホールド、19:燃料ガス供給配管、20:燃料
ガス排出配管、21:燃料ガス流路、22:燃料ガス排
出マニホールド用仕切部、23:燃料ガス上ブロックリ
ターンマニホールド、41:下ブロック燃料極基材溝、
42:上ブロック燃料極基材溝。
13: battery stack, 14: lower block, 15: upper block, 16: fuel gas supply manifold, 17: fuel gas discharge manifold, 18: fuel gas upper and lower block return manifold, 19: fuel gas supply pipe, 20: fuel gas Discharge pipe, 21: fuel gas flow path, 22: partition part for fuel gas discharge manifold, 23: fuel gas upper block return manifold, 41: lower block fuel electrode base material groove,
42: Upper block fuel electrode substrate groove.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電極触媒層を備えた燃料電極と酸化剤電
極と、この両電極の間に配設された電解質層と、各電極
に反応ガスとしての燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給す
るための反応ガス流路溝を設けた多孔質のリブ付き燃料
極基材およびリブ付き酸化剤極基材とからなる単電池
に、ガス遮蔽板であるセパレータを重ねて積層した単セ
ルを複数個積層し、前記反応ガス空間にマニホールドを
介して反応ガスを供給,排出するようにしてなり、かつ
前記積層した複数個の単セルを積層方向で異なったセル
数で複数のブロックに分割し、分割数の多いブロックに
先に燃料ガスを供給し、その排ガスを分割数の少ないブ
ロックに供給するようにしてなり、さらに前記燃料ガス
として高濃度水素ガスを使用する燃料電池積層体におい
て、前記複数の各ブロック毎の燃料ガス水素供給量と水
素消費量との比(水素利用率)が同一となるようにセル
数比を定めて分割してなることを特徴とする高濃度水素
ガスを使用する燃料電池積層体。
1. A fuel electrode and an oxidant electrode having an electrode catalyst layer, an electrolyte layer disposed between the two electrodes, and a fuel gas and an oxidant gas as reaction gases supplied to each electrode. A plurality of single cells, each of which is formed by stacking a separator as a gas shielding plate on a unit cell including a porous ribbed fuel electrode base material and a ribbed oxidant electrode base material provided with a reaction gas flow channel groove of The reaction gas is supplied to and discharged from the reaction gas space via a manifold, and the stacked single cells are divided into a plurality of blocks with different numbers of cells in the stacking direction. A fuel gas is supplied first to a block having a large number of fuel cells, and the exhaust gas is supplied to a block having a small number of divisions. Further, in a fuel cell stack using a high-concentration hydrogen gas as the fuel gas, Bro Fuel using high-concentration hydrogen gas, characterized in that the fuel cell is divided by determining the cell number ratio so that the ratio of the hydrogen supply amount to the hydrogen consumption amount (hydrogen utilization rate) is the same for each fuel cell. Battery stack.
【請求項2】 請求項1記載の燃料電池積層体におい
て、前記分割が、積層方向2段分割の場合、セル数の多
い第1のブロックのセル数をmとし、セル数の少ない第
2のブロックのセル数をnとし、水素利用率(%)をUH
2 としたとき、2段分割のセル数比m:nを下記により
定めることを特徴とする高濃度水素ガスを使用する燃料
電池積層体。 m:n=1:(1−UH2/100)
2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein when the division is a two-stage division in the stacking direction, the number of cells of the first block having a large number of cells is m, and the second block having a small number of cells is a second block. The number of cells in a block is n, and the hydrogen utilization rate (%) is UH
When a 2, cell number ratio of 2-stage split m: n of the fuel cell stack using the hydrogen-rich gas, characterized in that determined by the following. m: n = 1: (1 -UH 2/100)
【請求項3】 請求項1記載の燃料電池積層体におい
て、前記分割が、積層方向3段分割の場合、セル数の多
い第1のブロックのセル数をmとし、第1のブロックよ
りセル数の少ない第2のブロックのセル数をnとし、さ
らに第2のブロックよりセル数の少ない第3のブロック
のセル数をsとし、水素利用率(%)をUH2 としたと
き、3段分割のセル数比m:n:sを下記により定める
ことを特徴とする高濃度水素ガスを使用する燃料電池積
層体。 m:n:s=1:(1−UH2/100):(1−UH2/100)2
3. The fuel cell stack according to claim 1, wherein when the division is a three-stage division in the stacking direction, the number of cells in the first block having a large number of cells is m, and the number of cells in the first block is larger than the number of cells in the first block. Where n is the number of cells in the second block where the number of cells is smaller, s is the number of cells in the third block where the number of cells is smaller than the second block, and UH 2 is the hydrogen utilization rate (%). Wherein the cell number ratio m: n: s is determined as follows: m: n: s = 1: (1-UH 2/100) :( 1-UH 2/100) 2
【請求項4】 請求項1記載の燃料電池積層体におい
て、分割数の少ないブロックを、セル面内で燃料ガスが
リターンするようにしてなり、さらに面内後流側のガス
流路空間が小となるように,かつこの分割されたセル面
区分毎の水素利用率が同一となるように面内のセル幅比
(L1:L2)を定めて分割してなることを特徴とする高
濃度水素ガスを使用する燃料電池積層体。
4. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the blocks having a small number of divisions are configured so that the fuel gas returns in the cell plane, and the gas flow space on the downstream side in the plane is small. And an in-plane cell width ratio (L 1 : L 2 ) is determined so that the hydrogen utilization rate of each of the divided cell plane sections is the same. A fuel cell stack using hydrogen gas at a high concentration.
【請求項5】 請求項4記載の燃料電池積層体におい
て、積層方向に2段分割の場合、セル数の多い第1のブ
ロックのセル数をmとし、セル数が少なくかつリターン
構成を有する第2のブロックのセル数をnとし、水素利
用率(%)をUH 2としたとき、2段分割のセル数比m:
nおよびセル幅比(L1:L2)を下記により定めること
を特徴とする高濃度水素ガスを使用する燃料電池積層
体。 m:n=1:(1−UH2/100)+(1−UH2/100)21:L2=1:(1−UH2/100)
5. The fuel cell stack according to claim 4, wherein
Therefore, in the case of two-stage division in the stacking direction, the first block having a large number of cells
The number of lock cells is m, the number of cells is small and return
The number of cells in the second block having the configuration is n, and hydrogen
Usage rate (%) UH TwoAnd the cell number ratio m of the two-stage division:
n and the cell width ratio (L1: LTwo) Is defined as follows
Fuel cell stack using high concentration hydrogen gas
body. m: n = 1: (1-UHTwo/ 100) + (1-UHTwo/ 100)Two L1: LTwo= 1: (1-UHTwo/ 100)
【請求項6】 請求項1記載の燃料電池積層体におい
て、分割数の少ないブロックにおけるセル内部の燃料ガ
ス流路溝の溝高さ寸法を、分割数の多いブロックにおけ
る溝高さ寸法より大とすることを特徴とする高濃度水素
ガスを使用する燃料電池積層体。
6. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the height of the fuel gas passage groove in the cell in the block having a small number of divisions is larger than the height of the groove in the block having a large number of divisions. A fuel cell stack using high-concentration hydrogen gas.
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