JP2006253047A - Fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable operation of a fuel cell formed by laminating a plurality of fuel cell units at a high fuel utilization factor without requiring a special sealing structure. <P>SOLUTION: This fuel cell has a fuel cell laminate 3, fuel gas manifolds 5a, 5b for supplying a fuel gas to a fuel gas passage, an oxidizer gas manifold for supplying an oxidizer gas to an oxidizer gas passage. The fuel gas manifold has a first fuel gas chamber 7, a second fuel gas chamber 13, and a third gas chamber 8 which extend in the laminated direction of fuel cell units. The fuel gas passage has a first fuel gas passage connected to the first fuel gas chamber 7 and the second fuel gas chamber 13, a second fuel gas passage connected to the second fuel gas chamber 13 and the third fuel gas chamber 8 and disposed in a surface different from the first fuel gas passage. The fuel gas supplied to the fuel cell passes through the first fuel gas chamber 7, the first fuel gas passage, the second fuel gas chamber 13, the second fuel gas passage, and the third fuel gas chamber 8 in this order, and is discharged to the outside of the fuel cell. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は燃料電池に係り、特に、複数の燃料電池単体を積層してなる燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a fuel cell in which a plurality of fuel cells are stacked.

典型的な燃料電池は、電解質を2枚のガス拡散電極で挟持した単位電池と、ガス拡散電極にそれぞれ接して配置した燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路からなる燃料電池単体を複数個積層した燃料電池積層体を有し、さらに燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路に燃料および酸化剤を供給するガスマニホールドが設けられている。そして、水素等の燃料と空気等の酸化剤を燃料電池積層体に供給して、電気化学的に反応させることにより燃料の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換し、外部へ取り出す。   A typical fuel cell is composed of a unit cell in which an electrolyte is sandwiched between two gas diffusion electrodes, and a plurality of fuel cells each having a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path disposed in contact with the gas diffusion electrodes, respectively. And a gas manifold for supplying fuel and oxidant to the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path. Then, a fuel such as hydrogen and an oxidant such as air are supplied to the fuel cell stack and reacted electrochemically to convert the chemical energy of the fuel directly into electrical energy and take it out.

ここで、供給された燃料の総量に対して燃料電池の反応に使用されずに燃料電池外部に排出される燃料の総量を少なくし燃料利用率を100%に近づけることにより、供給された燃料の総量に対するエネルギー変換効率を向上させることが可能である。しかし、燃料電池積層体は上述の通り多数の燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路を持つ複数の燃料電池単体から構成されており各燃料流路に流れる燃料の配流アンバランスにより燃料が多く流れる部分と燃料が少なく流れる部分が発生してしまう。このため、仮に全体として100%に近い燃料利用率とした場合には、部分的に燃料利用率が100%に到達し局部的な燃料不足により燃料電池単体内で電極基板を構成するカーボン材の腐食が発生し燃料電池単体が損傷してしまう恐れがある。そのため通常は80%程度の燃料利用率で運転されている。   Here, by reducing the total amount of fuel that is not used in the reaction of the fuel cell and discharged outside the fuel cell with respect to the total amount of supplied fuel, the fuel utilization rate approaches 100%. It is possible to improve the energy conversion efficiency with respect to the total amount. However, as described above, the fuel cell stack is composed of a plurality of single fuel cells having a large number of fuel gas flow passages and oxidant gas flow passages, and a large amount of fuel flows due to the distribution unbalance of the fuel flowing through the fuel flow paths. The part and the part which flows with little fuel will occur. For this reason, if the fuel utilization rate is close to 100% as a whole, the fuel utilization rate partially reaches 100%, and the carbon material constituting the electrode substrate within the fuel cell alone due to local fuel shortage Corrosion may occur and the fuel cell itself may be damaged. Therefore, it is usually operated at a fuel utilization rate of about 80%.

これらの問題に対する解決策としては、一般に、複数の燃料電池から構成される燃料電池システムにおいて、燃料ガス流通経路の上流側に設置された燃料電池から使用されずに排出された燃料を燃料ガス流通経路の下流側に設置された別の燃料電池で再び使用することでシステム全体の燃料利用率を上げる方法がある。また、単一の燃料電池積層体において、燃料ガスマニホールドの内部空間を燃料電池単体と平行に設置された仕切り板で燃料入口側マニホールド空間と燃料出口側マニホールド空間に仕切り、燃料入口側マニホールド空間に隣接する燃料電池単体を通過し使用されなかった燃料ガスを燃料出口側マニホールド空間に隣接する燃料電池単体に再び通過させる方法が提案されている(例えば、特許文献1および2参照)。
特開平5−190195号公報(図1) 特公昭62−23434号公報(第4図)
As a solution to these problems, in general, in a fuel cell system composed of a plurality of fuel cells, fuel discharged from a fuel cell installed upstream of the fuel gas distribution path is used as fuel gas distribution. There is a method of increasing the fuel utilization rate of the entire system by using it again in another fuel cell installed on the downstream side of the path. Further, in a single fuel cell stack, the internal space of the fuel gas manifold is partitioned into a fuel inlet side manifold space and a fuel outlet side manifold space by a partition plate installed in parallel with the fuel cell unit, and the fuel inlet side manifold space There has been proposed a method in which fuel gas that has passed through an adjacent fuel cell unit and has not been used is again passed through a fuel cell unit adjacent to the fuel outlet side manifold space (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
Japanese Patent Laid-Open No. 5-190195 (FIG. 1) Japanese Examined Patent Publication No. 62-23434 (Fig. 4)

しかしながら、特許文献1および2に開示された方法では、一般に厚さの薄い燃料電池単体の側面部にガスマニホールド仕切り板とのシール部を形成する必要があり、燃料電池積層体とガスマニホールド仕切り板の接触面で十分なシール性を確保するためには、ガスマニホールドの仕切り板と相対する燃料電池積層体の接触部に厚板状のスペーサーを積層してシール幅を確保するか、燃料電池単体の端部から板状のシール部を突き出し、その先端とガスマニホールドの仕切り板もしくはガスマニホールド内壁との間にシール材を挟持させてシールする必要がある。この場合、上述のように、特別なシール構造部品を設置するが必要であるという課題があった。   However, in the methods disclosed in Patent Documents 1 and 2, it is generally necessary to form a seal portion with the gas manifold partition plate on the side surface portion of the thin fuel cell alone, and the fuel cell stack and the gas manifold partition plate are formed. In order to ensure sufficient sealing performance at the contact surface of the fuel cell, either a thick plate spacer is laminated on the contact portion of the fuel cell stack facing the partition plate of the gas manifold to secure the seal width, or the fuel cell alone It is necessary to project a plate-like seal portion from the end portion of the gas pipe and seal it by sandwiching a sealing material between the tip thereof and the partition plate of the gas manifold or the inner wall of the gas manifold. In this case, as described above, there is a problem that it is necessary to install a special seal structure component.

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数の燃料電池単体を積層してなる燃料電池で、特別なシール構造を必要とせずに、高い燃料利用率での運転が可能とすることにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is a fuel cell in which a plurality of fuel cells are stacked without requiring a special seal structure. This is to enable operation at a high fuel utilization rate.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、板状に延びた電解質の両面を2枚の板状のガス拡散電極で挟持した単位電池と、前記ガス拡散電極の面に沿ってそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスが流れるように構成された燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路と、を有する燃料電池単体を複数個積層して構成された燃料電池積層体と、前記燃料ガス流通路に燃料ガスを供給する燃料ガスマニホールドと、前記酸化剤ガス流通路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガスマニホールドと、を有する燃料電池において、前記燃料ガスマニホールドは、前記燃料電池単体の積層方向にそれぞれ延びる第1燃料ガス室と第2燃料ガス室と第3燃料ガス室とを有し、前記燃料ガス流通路は、前記第1燃料ガス室および前記第2燃料ガス室に連絡し、前記第3燃料ガス室に連絡しない第1燃料ガス流通路と、前記第2燃料ガス室および前記第3燃料ガス室に連絡し、前記第1燃料ガス室に連絡せず、前記第1燃料ガス流通路と異なる面内に配置された第2燃料ガス流通路と、を有し、燃料電池に供給された燃料ガスが、前記第1燃料ガス室、第1燃料ガス流通路、第2燃料ガス室、第2燃料ガス流通路、第3燃料ガス室の順に通って燃料電池外部に排出されるように構成されていること、を特徴とする。   In order to achieve the above object, the fuel cell of the present invention includes a unit cell in which both surfaces of a plate-like electrolyte are sandwiched between two plate-like gas diffusion electrodes, and a surface of the gas diffusion electrode. A fuel cell stack formed by laminating a plurality of single fuel cells each having a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path configured to allow fuel gas and oxidant gas to flow, and the fuel gas flow path A fuel cell having a fuel gas manifold for supplying fuel gas to the oxidant gas flow passage and an oxidant gas manifold for supplying oxidant gas to the oxidant gas flow passage, wherein the fuel gas manifold is arranged in a stacking direction of the fuel cells alone. A first fuel gas chamber, a second fuel gas chamber, and a third fuel gas chamber extending respectively; and the fuel gas flow passage communicates with the first fuel gas chamber and the second fuel gas chamber, 3. The first fuel gas flow passage not connected to the fuel gas chamber, the first fuel gas flow passage connected to the second fuel gas chamber and the third fuel gas chamber, and not connected to the first fuel gas chamber. A second fuel gas flow passage disposed in a different plane from the first fuel gas chamber, wherein the fuel gas supplied to the fuel cell is a first fuel gas chamber, a first fuel gas flow passage, a second fuel gas chamber, The second fuel gas flow path and the third fuel gas chamber are sequentially passed through the fuel cell and discharged to the outside of the fuel cell.

本発明によれば、特別なシール構造を必要とせずに、燃料ガスマニホールドの内部空間を分割し、それらの燃料ガス空間に順次燃料ガスを流通させることで高い燃料利用率での運転が可能な燃料電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to operate at a high fuel utilization rate by dividing the internal space of the fuel gas manifold without requiring a special seal structure, and sequentially flowing the fuel gas through these fuel gas spaces. A fuel cell can be provided.

以下、本発明に係る燃料電池の種々の実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、相互に同一または類似の構成部分には共通の符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, various embodiments of a fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same or similar components are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.

[実施形態1]
本発明に係る燃料電池の実施形態1を、図1〜図6を用いて説明する。図1は実施形態1の燃料電池の全体構成を示す斜視図である。ただし、図1では酸化剤ガスマニホールド(図2参照)および冷却水マニホールドの図示を省略している。図2はこの燃料電池の平面図である。
[Embodiment 1]
Embodiment 1 of a fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the fuel cell of Embodiment 1. FIG. However, the oxidant gas manifold (see FIG. 2) and the cooling water manifold are not shown in FIG. FIG. 2 is a plan view of this fuel cell.

本実施形態1の燃料電池は、燃料電池単体1と燃料電池単体2をそれぞれ複数積層してなる燃料電池積層体3と、燃料電池積層体3の上下に設置された集電板4と、燃料電池積層体3の側面に設置され燃料電池の燃料ガス流通路に燃料ガスを供給するための燃料ガスマニホールド5a、5bと、酸化剤ガスマニホールド30および冷却水マニホールド(図示せず)と、で構成される。   The fuel cell according to Embodiment 1 includes a fuel cell stack 3 in which a plurality of fuel cells 1 and fuel cells 2 are stacked, current collectors 4 installed above and below the fuel cell stack 3, fuel, and the like. Fuel gas manifolds 5a and 5b installed on the side surface of the battery stack 3 for supplying fuel gas to the fuel gas flow passage of the fuel cell, and an oxidant gas manifold 30 and a cooling water manifold (not shown). Is done.

燃料ガスマニホールド5a、5bは燃料電池積層体3をはさんで両側に配置されている。燃料ガスマニホールド5a、5bの並ぶ方向と直角の方向に燃料電池積層体3をはさんで両側に酸化剤ガスマニホールド30が配置されていて、各燃料電池単体1、2に酸化剤を供給するようになっている。   The fuel gas manifolds 5 a and 5 b are disposed on both sides of the fuel cell stack 3. An oxidant gas manifold 30 is disposed on both sides of the fuel cell stack 3 in a direction perpendicular to the direction in which the fuel gas manifolds 5a and 5b are arranged so that the oxidant is supplied to each fuel cell unit 1 and 2. It has become.

燃料電池単体1は、図3に示すように、電解質31を2枚のガス拡散電極32で挟持した単位電池33にそれぞれ接して配置した第1燃料ガス流通路10を持つ第1燃料ガスセパレータ板11および酸化剤ガス流通路36を持つ酸化剤ガスセパレータ板37からなる。同様に、燃料電池単体2は、単位電池にそれぞれ接して配置した第2燃料ガス流通路14を持つ第2燃料ガスセパレータ板15および酸化剤ガス流通路36を持つ酸化剤ガスセパレータ板37からなる。なお、隣接する第1燃料ガスセパレータ板11または第2燃料ガスセパレータ板15と酸化剤ガスセパレータ板37はそれぞれ一体のセパレータ板で構成してもよい。   As shown in FIG. 3, the fuel cell unit 1 includes a first fuel gas separator plate having a first fuel gas flow passage 10 disposed in contact with a unit cell 33 in which an electrolyte 31 is sandwiched between two gas diffusion electrodes 32. 11 and an oxidant gas separator plate 37 having an oxidant gas flow passage 36. Similarly, the fuel cell unit 2 includes a second fuel gas separator plate 15 having a second fuel gas flow passage 14 and an oxidant gas separator plate 37 having an oxidant gas flow passage 36 disposed in contact with the unit cells. . The adjacent first fuel gas separator plate 11 or the second fuel gas separator plate 15 and the oxidant gas separator plate 37 may be formed as an integral separator plate.

燃料ガスマニホールド5a内部のガス室は、燃料ガスマニホールド5aの内面に設置された仕切り板6により積層方向に貫通した第1燃料ガス室7と第3燃料ガス室8に分割されている。第1燃料ガス室7および第3燃料ガス室8はそれぞれ、燃料配管9aおよび燃料配管9bを介して外部の図示されない燃料供給手段および燃料排気手段に接続されている。   The gas chamber inside the fuel gas manifold 5a is divided into a first fuel gas chamber 7 and a third fuel gas chamber 8 penetrating in the stacking direction by a partition plate 6 installed on the inner surface of the fuel gas manifold 5a. The first fuel gas chamber 7 and the third fuel gas chamber 8 are connected to external fuel supply means and fuel exhaust means (not shown) via fuel pipes 9a and 9b, respectively.

次に、図4を用いて、第1燃料ガス流通路10を持つ第1燃料ガスセパレータ板11について説明する。本実施形態1の第1燃料ガスセパレータ板11は片面に凸状のリブ部11aを有するガス不透過性の板であり、平板状の単位電池とリブ部11aが接するように配置されることにより、第1燃料ガスセパレータ板11のリブ部11a以外の部分に形成される空間が第1燃料ガス流通路10となる。なお、同様に、第2燃料ガスセパレータ板15も片面に凸状のリブ部を有するガス不透過性の板であり、平板状の単位電池とリブ部が接するように配置されることにより、第2燃料ガスセパレータ板15のリブ部以外の部分に形成される空間(溝)が第2燃料ガス流通路となる。   Next, the first fuel gas separator plate 11 having the first fuel gas flow passage 10 will be described with reference to FIG. The first fuel gas separator plate 11 of Embodiment 1 is a gas-impermeable plate having a convex rib portion 11a on one side, and is arranged so that the flat unit cell and the rib portion 11a are in contact with each other. A space formed in a portion other than the rib portion 11 a of the first fuel gas separator plate 11 becomes the first fuel gas flow passage 10. Similarly, the second fuel gas separator plate 15 is also a gas-impermeable plate having a convex rib portion on one side, and is arranged so that the flat unit cell and the rib portion are in contact with each other. 2 A space (groove) formed in a portion other than the rib portion of the fuel gas separator plate 15 serves as a second fuel gas flow passage.

次に、図5を用いて、第1燃料ガス流通路10および燃料ガスマニホールド5a、5bの第1燃料ガス室7、第2燃料ガス室13、第3燃料ガス室8の構成について説明する。図5は、図1の燃料電池を第1燃料ガス流通路10の面で切断したときの断面図であり、第1燃料ガス流通路10を持つ第1燃料ガスセパレータ板11と燃料ガスマニホールド5a、5bおよび仕切り板6の間はシール材12によりシールされており、それぞれ第1燃料ガス室7と第2燃料ガス室13と第3燃料ガス室8を形成している。ここで、第1燃料ガス流通路10の第3燃料ガス室8および仕切り板6に接する部分には流路が形成されておらず、第1燃料ガス流通路10は第1燃料ガス室7および第2燃料ガス室13に対してのみ開口部を持っている。   Next, the configuration of the first fuel gas flow path 10, the first fuel gas chamber 7, the second fuel gas chamber 13, and the third fuel gas chamber 8 of the fuel gas manifolds 5a and 5b will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the fuel cell of FIG. 1 taken along the surface of the first fuel gas flow passage 10, and the first fuel gas separator plate 11 having the first fuel gas flow passage 10 and the fuel gas manifold 5a. 5b and the partition plate 6 are sealed with a sealing material 12 to form a first fuel gas chamber 7, a second fuel gas chamber 13, and a third fuel gas chamber 8, respectively. Here, no flow path is formed in a portion of the first fuel gas flow passage 10 in contact with the third fuel gas chamber 8 and the partition plate 6, and the first fuel gas flow passage 10 has the first fuel gas chamber 7 and the first fuel gas flow passage 10. Only the second fuel gas chamber 13 has an opening.

同様に、図6を用いて、第2燃料ガス流通路14および燃料ガスマニホールド5a、5bの第1燃料ガス室7、第2燃料ガス室13、第3燃料ガス室8の構成について説明する。図6は、図1の燃料電池を第2燃料ガス流通路14の面で切断したときの断面図であり、第2燃料ガス流通路14を持つ第2燃料ガスセパレータ板15と燃料ガスマニホールド5a、5bおよび仕切り板6の間はシール材12によりシールされており、それぞれ第1燃料ガス室7と第2燃料ガス室13と第3燃料ガス室8を形成している。ここで、第2燃料ガス流通路14の第1燃料ガス室7および仕切り板6に接する部分には流路が形成されておらず、第2燃料ガス流通路14は第2燃料ガス室12および第3燃料ガス室8に対してのみ開口部を持っている。   Similarly, the configuration of the second fuel gas flow passage 14 and the first fuel gas chamber 7, the second fuel gas chamber 13, and the third fuel gas chamber 8 of the fuel gas manifolds 5a and 5b will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the fuel cell of FIG. 1 taken along the surface of the second fuel gas flow passage 14, and the second fuel gas separator plate 15 having the second fuel gas flow passage 14 and the fuel gas manifold 5a. 5b and the partition plate 6 are sealed with a sealing material 12 to form a first fuel gas chamber 7, a second fuel gas chamber 13, and a third fuel gas chamber 8, respectively. Here, no flow path is formed in a portion of the second fuel gas flow passage 14 in contact with the first fuel gas chamber 7 and the partition plate 6, and the second fuel gas flow passage 14 has the second fuel gas chamber 12 and Only the third fuel gas chamber 8 has an opening.

ここでシール材12は燃料電池積層体の積層方法に一直線の帯状の形状をしており、ガスマニホールド5a、5bのシール部およびガスマニホールドの仕切り板6のシール部に対向する燃料電池積層体3の側面にはガスマニホールドの内部空間に対して開口部が無いのでシール材12としては、弾性体のシール材料もしくは硬化性のコーキング材を挟持させることで容易にシール性が確保される。   Here, the sealing material 12 has a straight belt-like shape in accordance with the stacking method of the fuel cell stack, and the fuel cell stack 3 facing the seal portions of the gas manifolds 5a and 5b and the seal portion of the partition plate 6 of the gas manifold. Since there is no opening in the side surface of the gas manifold with respect to the internal space of the gas manifold, the sealing material 12 can be easily secured by sandwiching an elastic sealing material or a curable caulking material.

次に本実施形態における燃料電池について燃料ガスの流れを説明する。燃料電池の運転中は外部の図示されない燃料供給手段から燃料電池に供給された燃料ガスは配管9aを介して第1燃料ガス室7に入り第1燃料ガス流通路10を通過するとともに燃料の一部が燃料電池の発電に使用され、発電に使用されなかった排ガスが第2燃料ガス室13に導入される。次に第2燃料ガス室13に流通した燃料排ガスは第2燃料ガス室13室内で積層方向に移動し第2燃料ガス流通路14に導入され、同様に第2燃料ガス流通路14において燃料の一部が燃料電池の発電に使用され、発電に使用されなかった排ガスが第3燃料ガス室8に流通し、燃料配管9bを介して外部の図示されない燃料排気手段に排気される。   Next, the flow of the fuel gas in the fuel cell according to this embodiment will be described. During operation of the fuel cell, the fuel gas supplied to the fuel cell from an external fuel supply means (not shown) enters the first fuel gas chamber 7 through the pipe 9a and passes through the first fuel gas flow passage 10 and is supplied to the fuel cell. The part is used for power generation of the fuel cell, and the exhaust gas not used for power generation is introduced into the second fuel gas chamber 13. Next, the fuel exhaust gas flowing into the second fuel gas chamber 13 moves in the stacking direction in the second fuel gas chamber 13 and is introduced into the second fuel gas flow passage 14. Similarly, the fuel exhaust gas flows through the second fuel gas flow passage 14. A part of the exhaust gas is used for power generation of the fuel cell, and the exhaust gas not used for power generation circulates in the third fuel gas chamber 8 and is exhausted to an external fuel exhaust means (not shown) via the fuel pipe 9b.

ここで、燃料電池に供給される燃料ガス中の燃料の総量をQとし、第1燃料ガス流通路10における燃料の使用量をQ1、第2燃料ガス流通路14における燃料の使用量をQ2とすると、第1燃料ガス流通路10における燃料利用率Uf1と第2燃料ガス流通路14における燃料利用率Uf2と燃料電池全体の燃料利用率Ufは、
Uf1=Q1/Q ・・・(1)
Uf2=Q2/(Q−Q1) ・・・(2)
Uf=(Q1+Q2)/Q
=1−(1−Uf1)*(1−Uf2) ・・・(3)
となる。仮に第1燃料ガス流通路10および第2ガス流通路14においてそれぞれ燃料電池に供給された燃料の総量Qの44%ずつの燃料が消費された場合、それぞれのガス流通路および燃料電池全体の燃料利用率は、式(1)、(2)、(3)より、Uf1=44%、Uf2=78%、Uf=88%となり、各燃料ガス流路での燃料利用率が80%以下であっても燃料電池全体の燃料利用率は88%に達する。
Here, Q is the total amount of fuel in the fuel gas supplied to the fuel cell, Q1 is the amount of fuel used in the first fuel gas flow passage 10, and Q2 is the amount of fuel used in the second fuel gas flow passage 14. Then, the fuel utilization rate Uf1 in the first fuel gas flow passage 10, the fuel utilization rate Uf2 in the second fuel gas flow passage 14, and the fuel utilization rate Uf of the entire fuel cell are:
Uf1 = Q1 / Q (1)
Uf2 = Q2 / (Q-Q1) (2)
Uf = (Q1 + Q2) / Q
= 1- (1-Uf1) * (1-Uf2) (3)
It becomes. If 44% of the total amount Q of fuel supplied to the fuel cell is consumed in the first fuel gas flow passage 10 and the second gas flow passage 14 respectively, the fuel in each gas flow passage and the entire fuel cell is consumed. The utilization rates are Uf1 = 44%, Uf2 = 78%, Uf = 88% from the formulas (1), (2), and (3), and the fuel utilization rate in each fuel gas flow path is 80% or less. Even so, the fuel utilization rate of the entire fuel cell reaches 88%.

以上説明したように、本実施形態では、ガスマニホールド5a,5bと燃料電池積層体3との間のシール部およびガスマニホールドの内部空間を分割する仕切り板6と燃料電池積層体3とのシール部は燃料電池単体に対して垂直方向に設置されるので、ガスマニホールド内の仕切り板6を燃料電池単体に対して水平に設置する必要がなくなり、ガスマニホールドの内部空間を分割する際に特別なシール構造部品を追加することなしに容易に気密性を確保できる。   As described above, in this embodiment, the seal portion between the gas manifolds 5a and 5b and the fuel cell stack 3 and the seal portion between the partition plate 6 and the fuel cell stack 3 that divides the internal space of the gas manifold. Is installed vertically with respect to the single fuel cell, it is not necessary to install the partition plate 6 in the gas manifold horizontally with respect to the single fuel cell, and a special seal is provided when dividing the internal space of the gas manifold. Airtightness can be easily secured without adding structural parts.

また、第1燃料ガス流通路10からの排出燃料ガスが第2燃料ガス流通路14に再び流通され発電に使用されるため、それぞれの燃料電池単体での燃料利用率を高くすることなしに、燃料電池積層体の全体としての燃料利用率を高くすることができる。 In addition, since the exhaust fuel gas from the first fuel gas flow passage 10 is recirculated to the second fuel gas flow passage 14 and used for power generation, without increasing the fuel utilization rate of each fuel cell alone, The fuel utilization rate as a whole of the fuel cell stack can be increased.

以上説明した実施形態1の燃料電池において、燃料電池単体1と燃料電池単体2に含まれる単位電池をそれぞれ、第1燃料ガス流通路10を通過する燃料ガス組成に対して最適化された第1の単位電池と、第2燃料ガス流通路14を通過する燃料ガス組成に対して最適化された第2の単位電池とすることが好ましい。   In the fuel cell of the first embodiment described above, the unit cells included in the single fuel cell 1 and the single fuel cell 2 are each optimized for the fuel gas composition passing through the first fuel gas flow passage 10. And the second unit cell optimized for the fuel gas composition passing through the second fuel gas flow passage 14.

すなわち、燃料電池の燃料ガス流通路を通過する燃料ガスは、その通過中に燃料の一部が燃料電池の発電に使用されるが、燃料ガス中に含まれる燃料以外の成分量は変化しない。そのため燃料流通路の上流側に比べ燃料流通路の下流側ではその燃料ガス中に含まれる燃料以外の成分量は相対的に増加してしまう。また、燃料電池の発電には燃料ガスに含まれる水蒸気が使用されるとともに、燃料電池の発電に伴う生成水の一部が燃料ガスに水蒸気として排出されるため燃料流通路の上流側と下流側ではその燃料ガス中に含まれる水蒸気量にも違いが生じる。さらに、燃料電池の酸化剤ガスとして空気を使用する場合は、空気中の窒素ガスの一部が酸化剤ガス流通路から燃料ガス流通路に拡散するので、燃料ガス流通路の下流側では燃料ガス中の窒素濃度が高くなる。   That is, part of the fuel gas that passes through the fuel gas flow passage of the fuel cell is used for power generation of the fuel cell during the passage, but the amount of components other than the fuel contained in the fuel gas does not change. Therefore, the amount of components other than the fuel contained in the fuel gas is relatively increased on the downstream side of the fuel flow passage as compared with the upstream side of the fuel flow passage. In addition, water vapor contained in the fuel gas is used for power generation of the fuel cell, and part of the generated water accompanying the power generation of the fuel cell is discharged to the fuel gas as water vapor, so the upstream and downstream sides of the fuel flow path Then, there is a difference in the amount of water vapor contained in the fuel gas. Further, when air is used as the oxidant gas of the fuel cell, a part of the nitrogen gas in the air diffuses from the oxidant gas flow passage to the fuel gas flow passage, so that the fuel gas is disposed downstream of the fuel gas flow passage. The nitrogen concentration inside becomes high.

また、燃料電池単体に吸着される性質を持つ燃料ガス中の成分についても、燃料流通路の上流側と下流側ではその燃料ガス中に含まれる量が変化する。したがって、燃料ガス流通路の上流側を流通する燃料ガスと燃料ガス流通路の下流側を流通する燃料ガスとでは、その燃料ガス組成および燃料ガス流量が異なってしまう。   In addition, the amount of components contained in the fuel gas having the property of being adsorbed by the single fuel cell varies between the upstream side and the downstream side of the fuel flow passage. Therefore, the fuel gas composition and the fuel gas flow rate differ between the fuel gas flowing upstream of the fuel gas flow passage and the fuel gas flowing downstream of the fuel gas flow passage.

さらに第1の単位電池と第2の単位電池の枚数が異なる場合には(実施形態7参照)、それぞれ1枚ごとの単位電池の第1燃料ガス流通路10と第2燃料ガス流通路14に流通する燃料ガスの流量も、第1の単位電池と第2の単位電池の枚数の比率に応じて異なる流量となる。   Further, when the number of first unit cells and the number of second unit cells are different (see Embodiment 7), the first fuel gas flow passage 10 and the second fuel gas flow passage 14 of each unit cell are connected to each other. The flow rate of the flowing fuel gas also varies depending on the ratio of the number of first unit cells and second unit cells.

したがって、第1の単位電池は第1燃料ガス流通路に流通される燃料ガスの組成に対して最適化し、第2の単位電池は第2燃料ガス流通路に流通される燃料ガスの組成に対して最適化する。すなわち、第1の単位電池と第2の単位電池を同一構造とせず、それぞれの条件に適合させて、電極材料、気孔率、撥水性等を選択して設計する。第1の単位電池と第2の単位電池をそれぞれ最適化することにより、第1の単位電池と第2の単位電池を同一の単位電池とした場合よりも燃料電池の高効率化もしくは長寿命化を実現させることが可能である。   Therefore, the first unit cell is optimized for the composition of the fuel gas flowing through the first fuel gas flow passage, and the second unit cell is optimized for the composition of the fuel gas flowing through the second fuel gas flow passage. To optimize. That is, the first unit battery and the second unit battery are not designed to have the same structure, and are designed by selecting electrode materials, porosity, water repellency, etc. according to the respective conditions. By optimizing the first unit cell and the second unit cell, respectively, higher efficiency or longer life of the fuel cell can be achieved than when the first unit cell and the second unit cell are the same unit cell. Can be realized.

このように構成することによって、ガスマニホールド内に燃料電池単体に対して水平方向の仕切り板を設置することなしに、それぞれ燃料ガスの上流側と下流側に相当する第1燃料ガス流通路と第2燃料ガス流通路を設けることができ、第1の単位電池は第1燃料ガス流通路に流通される燃料ガスの組成に対して最適化し、第2の単位電池は第2燃料ガス流通路に流通される燃料ガスの組成に対して最適化することで高性能な燃料電池を提供できる。   With this configuration, the first fuel gas flow passage corresponding to the upstream side and the downstream side of the fuel gas and the first fuel gas flow passage can be provided without installing horizontal partition plates in the gas manifold with respect to the single fuel cell. Two fuel gas flow passages can be provided, the first unit cell is optimized for the composition of the fuel gas flowing through the first fuel gas flow passage, and the second unit cell is placed in the second fuel gas flow passage. A high-performance fuel cell can be provided by optimizing the composition of the fuel gas to be distributed.

[実施形態2]
図7〜図9を用いて本発明に係る燃料電池の実施形態2の構成を説明する。図7に示すように、本実施形態2の燃料電池では、第1燃料ガス流通路10と第2燃料ガス流通路14をそれぞれ往路と復路に分ける。燃料ガスマニホールド5a内部のガス室は燃料ガスマニホールド5aの内面に設置された仕切り板6a、6bにより積層方向に貫通した第1燃料ガス室7と第2燃料ガス室13と第3燃料ガス室8とに分割されている。第1燃料ガス室7と第3燃料ガス室8はそれぞれ、燃料配管9aおよび燃料配管9bを介して外部の図示されない燃料供給手段および燃料排気手段に接続されている。また、燃料ガスマニホールド5b内部のガス室は燃料ガスマニホールド5bの内面に設置された仕切り板6cにより積層方向に貫通した第4燃料ガス室16と第5燃料ガス室17とに分割されている。図7で酸化剤がスマニホールドなどの図示を省略している点は図1と同様である。
[Embodiment 2]
The configuration of Embodiment 2 of the fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 7, in the fuel cell of the second embodiment, the first fuel gas flow passage 10 and the second fuel gas flow passage 14 are divided into an outward path and a return path, respectively. The gas chamber inside the fuel gas manifold 5a is divided into the first fuel gas chamber 7, the second fuel gas chamber 13, and the third fuel gas chamber 8 that penetrate in the stacking direction by partition plates 6a and 6b installed on the inner surface of the fuel gas manifold 5a. It is divided into and. The first fuel gas chamber 7 and the third fuel gas chamber 8 are respectively connected to external fuel supply means and fuel exhaust means (not shown) via a fuel pipe 9a and a fuel pipe 9b. Further, the gas chamber inside the fuel gas manifold 5b is divided into a fourth fuel gas chamber 16 and a fifth fuel gas chamber 17 penetrating in the stacking direction by a partition plate 6c installed on the inner surface of the fuel gas manifold 5b. FIG. 7 is the same as FIG. 1 in that the oxidizing agent is omitted from illustration such as the manifold.

次に、図8を用いて、第1燃料ガス流通路10および燃料ガスマニホールド5a、5bの第1燃料ガス室7、第2燃料ガス室13、第3燃料ガス室8、第4燃料ガス室、第5燃料ガス室の構成について説明する。図8は、図7の燃料電池を第1燃料ガス流通路10の面で切断したときの断面図である。第1燃料ガス流通路10を持つ第1燃料ガスセパレータ板11と燃料ガスマニホールド5a、5bおよび仕切り板6a、6b、6cの間は、シール材12によりシールされており、それぞれ第1燃料ガス室7と第2燃料ガス室13と第3燃料ガス室8と第4燃料ガス室16と第5燃料ガス室17を形成している。   Next, referring to FIG. 8, the first fuel gas flow path 10, the first fuel gas chamber 7, the second fuel gas chamber 13, the third fuel gas chamber 8, and the fourth fuel gas chamber of the fuel gas manifolds 5a and 5b. The configuration of the fifth fuel gas chamber will be described. FIG. 8 is a cross-sectional view of the fuel cell of FIG. 7 taken along the surface of the first fuel gas flow passage 10. The first fuel gas separator plate 11 having the first fuel gas flow passage 10, the fuel gas manifolds 5a and 5b, and the partition plates 6a, 6b, and 6c are sealed by a sealing material 12, and each of the first fuel gas chambers is sealed. 7, the second fuel gas chamber 13, the third fuel gas chamber 8, the fourth fuel gas chamber 16, and the fifth fuel gas chamber 17 are formed.

第1燃料ガス流通路10は第1燃料ガス流通路の往路10aと第1燃料ガス流通路の往路10bとに分割されている。第1燃料ガス流通路の往路10aは、第1燃料ガス室7と第4燃料ガス室16に対してのみ開口部を持ち、第1燃料ガス流通路の復路10bは、第4燃料ガス室16と第2燃料ガス室13に対してのみ開口部を持っている。   The first fuel gas flow path 10 is divided into a forward path 10a of the first fuel gas flow path and a forward path 10b of the first fuel gas flow path. The forward path 10 a of the first fuel gas flow passage has an opening only with respect to the first fuel gas chamber 7 and the fourth fuel gas chamber 16, and the return path 10 b of the first fuel gas flow path is the fourth fuel gas chamber 16. And has an opening only for the second fuel gas chamber 13.

同様に、図9を用いて、第2燃料ガス流通路14および燃料ガスマニホールド5a、5bの第1燃料ガス室7、第2燃料ガス室13、第3燃料ガス室8、第4燃料ガス室16、第5燃料ガス室17の構成について説明する。図9は、図7の燃料電池を第2燃料ガス流通路14の面で切断したときの断面図である。第2燃料ガス流通路14を持つ第2燃料ガスセパレータ板15と燃料ガスマニホールド5a、5bおよび仕切り板6a、6b、6cの間は、シール材12によりシールされており、それぞれ第1燃料ガス室7と第2燃料ガス室13と第3燃料ガス室8と第4燃料ガス室16と第5燃料ガス室17を形成している。   Similarly, referring to FIG. 9, the first fuel gas chamber 7, the second fuel gas chamber 13, the third fuel gas chamber 8, the fourth fuel gas chamber of the second fuel gas flow passage 14 and the fuel gas manifolds 5a and 5b. 16, the configuration of the fifth fuel gas chamber 17 will be described. FIG. 9 is a cross-sectional view of the fuel cell of FIG. 7 taken along the surface of the second fuel gas flow passage 14. A space between the second fuel gas separator plate 15 having the second fuel gas flow passage 14, the fuel gas manifolds 5a and 5b, and the partition plates 6a, 6b, and 6c is sealed by a sealing material 12, and each of the first fuel gas chambers. 7, the second fuel gas chamber 13, the third fuel gas chamber 8, the fourth fuel gas chamber 16, and the fifth fuel gas chamber 17 are formed.

第2燃料ガス流通路14は第2燃料ガス流通路の往路14aと第2燃料ガス流通路の往路14bとに分割されている。第2燃料ガス流通路の往路14aは、第2燃料ガス室13と第5燃料ガス室17に対してのみ開口部を持ち、第2燃料ガス流通路の復路14bは第5燃料ガス室17と第3燃料ガス室8に対してのみ開口部を持っている。   The second fuel gas flow path 14 is divided into a forward path 14a of the second fuel gas flow path and a forward path 14b of the second fuel gas flow path. The forward path 14 a of the second fuel gas flow passage has an opening only with respect to the second fuel gas chamber 13 and the fifth fuel gas chamber 17, and the return path 14 b of the second fuel gas flow passage is connected to the fifth fuel gas chamber 17. Only the third fuel gas chamber 8 has an opening.

シール材12は燃料電池積層体の積層方法に一直線の帯状の形状をしており、ガスマニホールド5a、5bのシール部およびガスマニホールドの仕切り板6a,6b,6cのシール部に対向する燃料電池積層体の側面にはガスマニホールドの内部空間に対して開口部が無い。そのため、シール材12としては、弾性体のシール材料もしくは硬化性のコーキング材を挟持させることで容易にシール性が確保される。   The sealing material 12 has a straight strip shape in accordance with the stacking method of the fuel cell stack, and the fuel cell stack facing the seal portions of the gas manifolds 5a and 5b and the seal portions of the partition plates 6a, 6b and 6c of the gas manifold. There is no opening on the side of the body relative to the internal space of the gas manifold. Therefore, as the sealing material 12, sealing performance is easily ensured by sandwiching an elastic sealing material or a curable caulking material.

次に、本実施形態における燃料電池について燃料ガスの流れを説明する。燃料電池の運転中は、外部の図示されない燃料供給手段から燃料電池に供給された燃料ガスは、燃料配管9aを介して第1燃料ガス室7に入り、第1燃料ガス流通路の往路10aを通過するとともに燃料の一部が燃料電池の発電に使用される。第1燃料ガス流通路の往路10aで発電に使用されなかった燃料ガスは、第4燃料ガス室16を介して第1燃料ガス流通路の復路10bに導入され、燃料の一部が燃料電池の発電に使用される。ここでも発電に使用されなかった燃料ガスは第2燃料ガス室13に導入される。   Next, the flow of the fuel gas in the fuel cell in the present embodiment will be described. During operation of the fuel cell, fuel gas supplied to the fuel cell from an external fuel supply means (not shown) enters the first fuel gas chamber 7 via the fuel pipe 9a, and passes through the forward path 10a of the first fuel gas flow passage. A part of the fuel passes through and is used for power generation of the fuel cell. The fuel gas that has not been used for power generation in the forward path 10a of the first fuel gas flow path is introduced into the return path 10b of the first fuel gas flow path via the fourth fuel gas chamber 16, and part of the fuel is in the fuel cell. Used for power generation. Again, the fuel gas that has not been used for power generation is introduced into the second fuel gas chamber 13.

次に、第2燃料ガス室13に流通した燃料排ガスは、第2燃料ガス室13室内で積層方向に移動し、第2燃料ガス流通路の往路14aに導入される。そして同様に、第2燃料ガス流通路の往路14aにおいて、燃料の一部が燃料電池の発電に使用される。第2燃料ガス流通路の往路14aで発電に使用されなかった燃料ガスは、第5燃料ガス室17を介して第2燃料ガス流通路の復路14bに導入され、燃料の一部が燃料電池の発電に使用される。ここでも発電に使用されなかった排ガスは第3燃料ガス室8に流通し、燃料配管9bを介して外部の図示されない燃料排気手段に排気される。   Next, the fuel exhaust gas flowing into the second fuel gas chamber 13 moves in the stacking direction in the second fuel gas chamber 13 and is introduced into the forward path 14a of the second fuel gas flow passage. Similarly, part of the fuel is used for power generation of the fuel cell in the forward path 14a of the second fuel gas flow path. The fuel gas that has not been used for power generation in the forward path 14a of the second fuel gas flow path is introduced into the return path 14b of the second fuel gas flow path via the fifth fuel gas chamber 17, and part of the fuel is in the fuel cell. Used for power generation. Here again, the exhaust gas that has not been used for power generation flows into the third fuel gas chamber 8 and is exhausted to an external fuel exhaust means (not shown) through the fuel pipe 9b.

ここで、第1燃料ガス流通路10を第1燃料ガス流通路の往路10aと第1燃料ガス流通路の復路10bに分割すると、燃料流路を分割しない場合の第1燃料ガス流通路10の出口付近での燃料ガス流通路の全幅に比べて第1燃料ガス流通路の復路10bの出口付近での燃料ガス流通路の全幅が狭くなる。そのため、第1燃料ガス流通路10および第1燃料ガス流通路の復路10bから排出される燃料ガスの流量が同じ場合、燃料電池の単位反応面積に対する燃料ガスの流量が相対的に大きくなる。さらに、第4燃料ガス室16において複数の燃料電池単体に存在する第1燃料ガス流通路の往路10aからの排出ガスが一旦混合され再分配されてそれぞれの第1燃料ガス流通路の復路10bに流入させられるため、各燃料電池単体間での燃料流量が均一化されるので、特定の燃料電池単体での燃料流量の不均一による燃料不足が発生しない。   Here, when the first fuel gas flow passage 10 is divided into the forward passage 10a of the first fuel gas flow passage and the return passage 10b of the first fuel gas flow passage, the first fuel gas flow passage 10 of the first fuel gas flow passage 10 when not dividing the fuel flow passage. Compared to the full width of the fuel gas flow path near the outlet, the full width of the fuel gas flow path near the outlet of the return path 10b of the first fuel gas flow path becomes narrower. Therefore, when the flow rates of the fuel gas discharged from the first fuel gas flow passage 10 and the return passage 10b of the first fuel gas flow passage are the same, the flow rate of the fuel gas relative to the unit reaction area of the fuel cell becomes relatively large. Further, in the fourth fuel gas chamber 16, the exhaust gas from the forward path 10a of the first fuel gas flow path existing in the plurality of fuel cells alone is once mixed and redistributed to the return path 10b of each first fuel gas flow path. Since the fuel flow is made to flow, the fuel flow rate between the individual fuel cells is made uniform, so that there is no shortage of fuel due to the non-uniform fuel flow rate in a specific fuel cell.

以上説明したように、本実施形態では実施形態1と同等の効果が得られるとともに、それぞれの燃料電池単体での燃料利用率をさらに高くしても燃料ガス流通路の出口部でも燃料不足による燃料電池の破損が発生しない燃料電池を提供できる。   As described above, in this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and even if the fuel utilization rate of each fuel cell alone is further increased, the fuel due to fuel shortage at the outlet portion of the fuel gas flow passage is also obtained. A fuel cell in which the battery is not damaged can be provided.

[実施形態3]
図10、図11を用いて本発明に係る燃料電池の実施形態3の構成を説明する。本実施形態3の燃料電池は、実施形態1の燃料電池の変形であって、第1燃料ガス流通路10と第2燃料ガス流通路14の流路を点対称の形状にしている。すなわち、本実施形態3の燃料電池では第1燃料ガス流通路10を持つ第1燃料ガスセパレータ板11と第2燃料ガス流通路14を持つ第2燃料ガスセパレータ板15とは同一の形状を有しており、それらを燃料電池積層体として積層する際にその向きを180°回転させることで第1燃料ガス流通路もしくは第2燃料ガス流通路として使用する。本実施形態における燃料電池運転中の燃料ガスの流れについては実施形態1と同様である。
[Embodiment 3]
The configuration of Embodiment 3 of the fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11. The fuel cell according to the third embodiment is a modification of the fuel cell according to the first embodiment, and the flow paths of the first fuel gas flow passage 10 and the second fuel gas flow passage 14 are point-symmetric. That is, in the fuel cell of Embodiment 3, the first fuel gas separator plate 11 having the first fuel gas flow passage 10 and the second fuel gas separator plate 15 having the second fuel gas flow passage 14 have the same shape. When they are stacked as a fuel cell stack, the direction is rotated by 180 ° to use as the first fuel gas flow path or the second fuel gas flow path. The flow of the fuel gas during the fuel cell operation in the present embodiment is the same as that in the first embodiment.

以上説明したように、本実施形態では実施形態1と同等の効果が得られるとともに、第1燃料ガス流通路10と第2燃料ガス流通路14の流路形状が点対称であるために、各燃料ガス流通路をもつ燃料ガスセパレータ板を同一形状に製作し、燃料電池積層体に積層する際にその向きを180°回転させることで第1燃料ガス流通路10もしくは第2燃料ガス流通路14として使用できるため、燃料ガスセパレータ板を2種類製作する必要がなくなり、生産コストを削減することができる。   As described above, in this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the flow shapes of the first fuel gas flow passage 10 and the second fuel gas flow passage 14 are point-symmetric. A fuel gas separator plate having a fuel gas flow passage is manufactured in the same shape, and the first fuel gas flow passage 10 or the second fuel gas flow passage 14 is rotated by 180 ° when the fuel gas separator plate is stacked on the fuel cell stack. Therefore, it is not necessary to produce two types of fuel gas separator plates, and the production cost can be reduced.

[実施形態4]
図12、図13を用いて本発明に係る燃料電池の実施形態4の構成を説明する。本実施形態4の燃料電池は、実施形態2の燃料電池の変形であって、第1燃料ガスセパレータ板11と第2燃料ガスセパレータ板15の燃料ガス流通路を点対称の形状にしている。すなわち、本実施形態4の燃料電池では第1燃料ガス流通路の往路10aおよび復路10bを持つ第1燃料ガスセパレータ板11と第2燃料ガス流通路の往路14aおよび復路14bを持つ第2燃料ガスセパレータ板15とは同一の形状を有しており、それらを燃料電池積層体として積層する際にその向きを180°回転させることで第1燃料ガス流通路10もしくは第2燃料ガス流通路14として使用する。本実施形態における燃料電池運転中の燃料ガスの流れについては実施形態2と同様である。
[Embodiment 4]
The configuration of Embodiment 4 of the fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIGS. The fuel cell according to the fourth embodiment is a modification of the fuel cell according to the second embodiment, and the fuel gas flow paths of the first fuel gas separator plate 11 and the second fuel gas separator plate 15 have a point-symmetric shape. That is, in the fuel cell of the fourth embodiment, the first fuel gas separator plate 11 having the forward path 10a and the return path 10b of the first fuel gas flow path and the second fuel gas having the forward path 14a and the return path 14b of the second fuel gas flow path. The separator plate 15 has the same shape, and when they are stacked as a fuel cell stack, the direction thereof is rotated by 180 ° to form the first fuel gas flow passage 10 or the second fuel gas flow passage 14. use. The flow of the fuel gas during the fuel cell operation in the present embodiment is the same as that in the second embodiment.

以上説明したように、本実施形態では実施形態2と同等の効果が得られるとともに、第1燃料ガスセパレータ板11と第2燃料ガスセパレータ板15の流路形状が点対称であるために、各燃料ガス流通路をもつ燃料ガスセパレータ板を同一形状に製作し、燃料電池積層体に積層する際にその向きを180°回転させることで第1燃料ガス流通路10もしくは第2燃料ガス流通路14として使用できるため、燃料ガスセパレータ板を2種類製作する必要がなくなり、生産コストを削減することができる。   As described above, in this embodiment, the same effects as those of the second embodiment can be obtained, and the flow path shapes of the first fuel gas separator plate 11 and the second fuel gas separator plate 15 are point symmetric. A fuel gas separator plate having a fuel gas flow passage is manufactured in the same shape, and the first fuel gas flow passage 10 or the second fuel gas flow passage 14 is rotated by 180 ° when the fuel gas separator plate is stacked on the fuel cell stack. Therefore, it is not necessary to produce two types of fuel gas separator plates, and the production cost can be reduced.

[実施形態5]
この実施形態は実施形態1(図1〜図6)の変形例であって、図14および図15に示すように、第1燃料ガス流通路10と第2燃料ガス流通路14の形状を、途中に屈曲部のある蛇管状の形状にする。このような構成により、第1燃料ガス流通路10および第2燃料ガス流通路14の長さを長くすることができる。
[Embodiment 5]
This embodiment is a modification of the first embodiment (FIGS. 1 to 6). As shown in FIGS. 14 and 15, the shapes of the first fuel gas flow passage 10 and the second fuel gas flow passage 14 are as follows. A serpentine shape with a bent portion in the middle is used. With such a configuration, the lengths of the first fuel gas flow passage 10 and the second fuel gas flow passage 14 can be increased.

[実施形態6]
この実施形態は実施形態2(図7〜図9)の変形例であって、図16および図17に示すように、第1燃料ガス流通路10と第2燃料ガス流通路14の形状を、途中に屈曲部のある蛇管状の形状にする。このような構成により、実施形態5と同様に第1燃料ガス流通路10および第2燃料ガス流通路14の長さを長くすることができる。
[Embodiment 6]
This embodiment is a modification of the second embodiment (FIGS. 7 to 9). As shown in FIGS. 16 and 17, the shapes of the first fuel gas flow passage 10 and the second fuel gas flow passage 14 are changed. A serpentine shape with a bent portion in the middle is used. With such a configuration, the lengths of the first fuel gas flow passage 10 and the second fuel gas flow passage 14 can be increased as in the fifth embodiment.

[実施形態7]
図18を用いて本発明に係る燃料電池の実施形態7の構成を説明する。本実施形態7の燃料電池は、実施形態1の変形例であって、第1燃料ガス流通路10を有する燃料電池単体1を、第2燃料ガス流通路14を有する燃料電池単体2よりも多数積層している。
[Embodiment 7]
The configuration of Embodiment 7 of the fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIG. The fuel cell according to the seventh embodiment is a modification of the first embodiment, and includes a larger number of the fuel cell unit 1 having the first fuel gas flow passage 10 than the fuel cell unit 2 having the second fuel gas flow passage 14. Laminated.

ここで、一例として第1燃料ガス流通路10を持つ燃料電池単体1の数n1と第2燃料ガス流通路14を持つ燃料電池単体2の数n2の比(n1/n2)を5とする。第1燃料ガス流通路10で使用される燃料ガスの使用量Q1を燃料電池に供給された燃料Qの80%とし、第2燃料ガス流通路14で使用される燃料ガスの使用量Q2を燃料電池に供給された燃料Qの16%を使用すると、Q1/Q2=80/16=5となり、各燃料ガス流通路を有する一枚ごとの燃料電池単体で発電に使用される燃料ガスの量が同じになる。さらに、それぞれのガス流通路および燃料電池全体の燃料利用率は上述の式(1)、(2)、(3)より、Uf1=80%、Uf2=80%、Uf=96%となり、各燃料ガス流路での燃料利用率を80%に制限しても燃料電池全体の燃料利用率は96%に達する。   Here, as an example, the ratio (n1 / n2) of the number n1 of the fuel cell units 1 having the first fuel gas flow passage 10 and the number n2 of the fuel cell units 2 having the second fuel gas flow passage 14 is set to 5. The amount Q1 of fuel gas used in the first fuel gas flow passage 10 is 80% of the fuel Q supplied to the fuel cell, and the amount Q2 of fuel gas used in the second fuel gas flow passage 14 is the fuel. When 16% of the fuel Q supplied to the battery is used, Q1 / Q2 = 80/16 = 5, and the amount of fuel gas used for power generation in each single fuel cell having each fuel gas flow passage is Be the same. Furthermore, the fuel utilization rates of the respective gas flow passages and the entire fuel cell are Uf1 = 80%, Uf2 = 80%, Uf = 96% from the above-described equations (1), (2), and (3). Even if the fuel utilization rate in the gas flow path is limited to 80%, the fuel utilization rate of the entire fuel cell reaches 96%.

なお、第1燃料ガス流通路10を持つ燃料電池単体1の数n1と第2燃料ガス流通路14を持つ燃料電池単体2の数n2の比n1/n2は5に限られたものではなく、第1燃料ガス流通路10を有する燃料電池単体1を、第2燃料ガス流通路14を有する燃料電池単体2よりも1枚でも多く積層することで、相応の効果が得られる。   The ratio n1 / n2 of the number n1 of the fuel cell units 1 having the first fuel gas flow passage 10 and the number n2 of the fuel cell units 2 having the second fuel gas flow passage 14 is not limited to 5, By laminating at least one fuel cell unit 1 having the first fuel gas flow passage 10 more than the fuel cell unit 2 having the second fuel gas flow passage 14, a corresponding effect can be obtained.

一般に各燃料電池単体での燃料利用率はできるだけ大きく設計するので、Uf1=Uf2とすると、式(1)、(2)、(3)より次の式が得られる。   In general, the fuel utilization rate of each fuel cell is designed to be as large as possible. Therefore, when Uf1 = Uf2, the following equation is obtained from equations (1), (2), and (3).

Q1/Q2=1/(1−Uf1) ・・・(4)
Uf=Uf1(2−Uf1) ・・・(5)
さらに、一般に各燃料電池単体での燃料使用量を等しくして発電量が最大限で等しくなるのが望ましいので、Q1/Q2は、望ましくは、第1燃料ガス流通路10を持つ燃料電池単体1の数n1と第2燃料ガス流通路14を持つ燃料電池単体2の数n2の比n1/n2に等しい。
Q1 / Q2 = 1 / (1-Uf1) (4)
Uf = Uf1 (2-Uf1) (5)
Furthermore, since it is generally desirable that the amount of fuel used in each single fuel cell is made equal to maximize the amount of power generation, Q1 / Q2 is preferably the single fuel cell 1 having the first fuel gas flow passage 10. Is equal to the ratio n1 / n2 of the number n1 of the fuel cell unit 2 having the second fuel gas flow passage 14 and the number n2.

よってこのとき、式(4)は次のように表現できる。   Therefore, at this time, Expression (4) can be expressed as follows.

n1/n2=1/(1−Uf1) ・・・(6)
ここで、0<Uf1<1であるから、式(6)より、
n1/n2>1 となり、
n1>n2 となる。
n1 / n2 = 1 / (1-Uf1) (6)
Here, since 0 <Uf1 <1, from Equation (6),
n1 / n2> 1 and
n1> n2.

前述の例では、Uf1=0.8としたので、これを式(6)に代入すると、
n1/n2=5 が得られる。
In the above example, since Uf1 = 0.8, if this is substituted into equation (6),
n1 / n2 = 5 is obtained.

また、式(5)から
Uf=0.96 となる。
Further, from the equation (5), Uf = 0.96.

以上説明したように、本実施形態では実施形態1と同等の効果が得られるとともに、複数の第1燃料ガス流通路10をもつ燃料電池単体1からの排出燃料ガスが、第1燃料ガス流通路10からなる燃料電池単体1より個数の少ない第2燃料ガス流通路14をもつ燃料電池単体2に再び流通され発電に使用される。そのため、燃料電池単体2の一枚毎の第2燃料ガス流通路14からの排出燃料ガスの量を十分に確保でき、第2燃料ガス流通路14の出口付近で燃料不足により燃料電池が破損することを防止できるとともに、燃料電池全体としての燃料利用率を高くして、高効率の運転ができる。   As described above, in this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the exhaust fuel gas from the single fuel cell 1 having the plurality of first fuel gas flow passages 10 is converted into the first fuel gas flow passages. The fuel cell unit 2 having the number of the second fuel gas flow passages 14, which is smaller than the number of the fuel cell unit 1 composed of 10, is again distributed to the fuel cell unit 2 and used for power generation. Therefore, a sufficient amount of fuel gas can be secured from the second fuel gas flow passage 14 for each single fuel cell 2, and the fuel cell is damaged near the outlet of the second fuel gas flow passage 14 due to insufficient fuel. This can be prevented, and the fuel utilization rate of the fuel cell as a whole can be increased so that highly efficient operation can be performed.

[実施形態8]
図19は実施形態7の燃料電池において、第2燃料ガス流通路14を有する燃料電池単体2を集電板4の近辺に集中的に積層した場合の実施形態であり、本発明における燃料電池の第2燃料ガス流通路14の積層方向での配置は上記の通り等間隔に配置することも不等間隔に配置することも可能であり、その配置は、上述の実施形態に限定されるものではない。
[Embodiment 8]
FIG. 19 shows an embodiment in which the fuel cell unit 2 having the second fuel gas flow passage 14 is intensively stacked in the vicinity of the current collector plate 4 in the fuel cell of the seventh embodiment. The arrangement in the stacking direction of the second fuel gas flow passages 14 can be arranged at regular intervals or at irregular intervals as described above, and the arrangement is not limited to the above-described embodiment. Absent.

[実施形態9]
図20を用いて本発明に係る燃料電池の実施形態9の構成を説明する。本実施形態9の燃料電池は、実施形態1の変形例であって、第2燃料ガス室13に連通された燃料配管9cと燃料配管9b、燃料配管9cの燃料ガスの流通状態を切り換えることのできる燃料給排気切換手段18a、18bを設置している。
[Embodiment 9]
The configuration of the ninth embodiment of the fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIG. The fuel cell of the ninth embodiment is a modification of the first embodiment, in which the fuel pipe 9c communicated with the second fuel gas chamber 13, the fuel pipe 9b, and the flow state of the fuel gas in the fuel pipe 9c are switched. Possible fuel supply / exhaust switching means 18a, 18b are provided.

次に本実施形態における燃料電池について燃料ガスの流れを説明する。通常の燃料電池運転状態では、燃料給排気切換手段18aは燃料排気状態に設定されており、燃料電池からの排出ガスは、実線矢印25に示すように、燃料配管9bを介して外部の図示されない燃料排気手段に排気される。また、燃料給排気切換手段18bは燃料閉止状態に設定されており、燃料配管9cには燃料の流通がない。したがって、燃料電池内部の燃料ガスの流れは実施形態1の燃料電池と同様である。   Next, the flow of the fuel gas in the fuel cell according to this embodiment will be described. In a normal fuel cell operation state, the fuel supply / exhaust switching means 18a is set to the fuel exhaust state, and the exhaust gas from the fuel cell is not shown outside via the fuel pipe 9b as shown by the solid line arrow 25. It is exhausted to the fuel exhaust means. Further, the fuel supply / exhaust switching means 18b is set in a fuel closed state, and there is no fuel circulation in the fuel pipe 9c. Therefore, the flow of the fuel gas inside the fuel cell is the same as that of the fuel cell of the first embodiment.

次に、燃料ガスの流路を切り換えた場合の燃料ガスの流れを説明する。燃料ガス流路切り換え状態では、外部の図示されない燃料供給手段から燃料配管9aを介して第1燃料ガス室7に燃料ガスが供給されるとともに、燃料給排気切換手段18aは燃料供給状態に設定されており、点線矢印26に示すように、外部の図示されない燃料供給手段から燃料配管9bを介して第3燃料ガス室8にも燃料が直接供給される。また、燃料給排気切換手段18bは燃料排気状態に設定されており、第1燃料ガス流通路10および第2燃料ガス流通路14を通過し発電に使用されなかった燃料排気ガスが、点線矢印27に示すように、燃料配管9cを介して外部の図示されない燃料排気手段に排気される。   Next, the flow of the fuel gas when the flow path of the fuel gas is switched will be described. In the fuel gas flow path switching state, fuel gas is supplied from an external fuel supply means (not shown) to the first fuel gas chamber 7 via the fuel pipe 9a, and the fuel supply / exhaust switching means 18a is set to the fuel supply state. As indicated by the dotted arrow 26, the fuel is directly supplied also from the external fuel supply means (not shown) to the third fuel gas chamber 8 through the fuel pipe 9b. Further, the fuel supply / exhaust switching means 18b is set in the fuel exhaust state, and the fuel exhaust gas that has passed through the first fuel gas flow passage 10 and the second fuel gas flow passage 14 and has not been used for power generation is indicated by a dotted arrow 27. As shown in FIG. 3, the fuel is exhausted to an external fuel exhaust means (not shown) through the fuel pipe 9c.

以上説明したように、本実施形態では燃料給排気切換手段18a、18bにより燃料ガスの流通状態を切換えることで、第1燃料ガス流通路10からの燃料排出ガスを、第2燃料ガス流通路14を経由せずに燃料電池の外部に排出する(図5、図6等参照)とともに、第2燃料ガス流通路14にも第1燃料ガス流通路10を経由せずに燃料ガスを供給でき。その結果、燃料ガスの供給部から排出部までの流路長および圧損が低減でき、必要に応じて燃料供給に要する動力を低減した運転が可能になる。また、燃料電池の発電運転の開始時に各燃料ガス室7、13、8等と第1ガス流通路10および第2ガス流通路14に迅速に燃料ガスを供給することと、燃料電池の発電運転の終了時に各燃料ガス室と第1ガス流通路10および第2ガス流通路14に迅速に不活性ガス等のパージガスを導入して燃料ガスを不活性ガスに置換することで燃料電池の性能劣化を低減することができる。   As described above, in the present embodiment, the fuel gas flow state is switched by the fuel supply / exhaust switching means 18a, 18b, so that the fuel exhaust gas from the first fuel gas flow passage 10 is changed to the second fuel gas flow passage 14. The fuel gas can be discharged to the outside of the fuel cell without going through (see FIGS. 5 and 6, etc.), and the fuel gas can be supplied to the second fuel gas flow passage 14 without going through the first fuel gas flow passage 10. As a result, the flow path length and pressure loss from the fuel gas supply unit to the discharge unit can be reduced, and operation with reduced power required for fuel supply can be performed as necessary. Further, at the start of the power generation operation of the fuel cell, the fuel gas is quickly supplied to each of the fuel gas chambers 7, 13, 8 and the first gas flow passage 10 and the second gas flow passage 14, and the power generation operation of the fuel cell is performed. At the end of the operation, the purge gas such as inert gas is quickly introduced into each fuel gas chamber and the first gas flow passage 10 and the second gas flow passage 14 to replace the fuel gas with the inert gas, thereby deteriorating the performance of the fuel cell. Can be reduced.

[他の実施形態]
以上種々の実施形態について説明したが、これらは単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。
[Other Embodiments]
Although various embodiments have been described above, these are merely examples, and the present invention is not limited thereto.

たとえば、第9の実施形態(図20)は、第1の実施形態(図1〜図6)をベースにして燃料配管9cや燃料給排気切替手段18a、18bなどを追加した例であるが、第2の実施形態(図7〜図9)をベースにしてもよい。この場合、燃料配管を、第1〜第5燃料ガス室のいずれか二つに接続することが考えられる。   For example, the ninth embodiment (FIG. 20) is an example in which a fuel pipe 9c, fuel supply / exhaust switching means 18a, 18b, and the like are added based on the first embodiment (FIGS. 1 to 6). It may be based on the second embodiment (FIGS. 7 to 9). In this case, it is conceivable to connect the fuel pipe to any two of the first to fifth fuel gas chambers.

また、上記の実施形態の説明では、説明の便宜上、各燃料電池単体が水平方向に広がるように配置されてこれらの燃料電池単体を鉛直方向に積層するものとしたが、その向きは任意であり、たとえば各燃料電池単体が鉛直向きであってもよい。   Further, in the description of the above embodiment, for convenience of explanation, each fuel cell unit is arranged so as to spread in the horizontal direction, and these fuel cell units are stacked in the vertical direction, but the direction is arbitrary. For example, each fuel cell unit may be vertically oriented.

また、上記の実施形態では、燃料ガスマニホールドおよび酸化剤ガスマニホールドを燃料電池積層体の外側に配置する構成としたが、各セパレータ板の外周部近くにマニホールド孔を設けて、セパレータ板を積層したときにこれらのマニホールド孔が連続したマニホールドとなるように構成することも可能である。   In the above embodiment, the fuel gas manifold and the oxidant gas manifold are arranged outside the fuel cell stack, but the separator plates are stacked by providing manifold holes near the outer periphery of each separator plate. Sometimes it is possible to configure the manifold holes to be a continuous manifold.

本発明の実施形態1の燃料電池を示す斜視図。1 is a perspective view showing a fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention. 図1の燃料電池の平面図。The top view of the fuel cell of FIG. 図1の燃料電池積層体の部分縦断面図。FIG. 2 is a partial longitudinal sectional view of the fuel cell stack of FIG. 1. 図1の燃料電池の燃料ガスセパレータ板を取り出して示す斜視図。The perspective view which takes out and shows the fuel gas separator plate of the fuel cell of FIG. 図1の燃料電池の第1燃料ガス流通路部を示す水平断面図。FIG. 2 is a horizontal sectional view showing a first fuel gas flow passage part of the fuel cell of FIG. 1. 図1の燃料電池の第2燃料ガス流通路部を示す水平断面図。The horizontal sectional view which shows the 2nd fuel gas flow passage part of the fuel cell of FIG. 本発明の実施形態2の燃料電池を示す斜視図。The perspective view which shows the fuel cell of Embodiment 2 of this invention. 図7の燃料電池の第1燃料ガス流通路部を示す水平断面図。FIG. 8 is a horizontal sectional view showing a first fuel gas flow passage portion of the fuel cell of FIG. 7. 図7の燃料電池の第2燃料ガス流通路部を示す水平断面図。FIG. 8 is a horizontal sectional view showing a second fuel gas flow passage portion of the fuel cell of FIG. 7. 本発明の実施形態3の燃料電池の第1燃料ガス流通路部を示す水平断面図。The horizontal sectional view showing the 1st fuel gas flow passage part of the fuel cell of Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施形態3の燃料電池の第2燃料ガス流通路部を示す水平断面図。The horizontal sectional view showing the 2nd fuel gas flow passage part of the fuel cell of Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施形態4の燃料電池の第1燃料ガス流通路部を示す水平断面図。The horizontal sectional view showing the 1st fuel gas flow passage part of the fuel cell of Embodiment 4 of the present invention. 本発明の実施形態4の燃料電池の第2燃料ガス流通路部を示す水平断面図。The horizontal sectional view showing the 2nd fuel gas flow passage part of the fuel cell of Embodiment 4 of the present invention. 本発明の実施形態5の燃料電池の第1燃料ガス流通路部を示す水平断面図。The horizontal sectional view showing the 1st fuel gas flow passage part of the fuel cell of Embodiment 5 of the present invention. 本発明の実施形態5の燃料電池の第2燃料ガス流通路部を示す水平断面図。The horizontal sectional view showing the 2nd fuel gas flow passage part of the fuel cell of Embodiment 5 of the present invention. 本発明の実施形態6の燃料電池の第1燃料ガス流通路部を示す水平断面図。The horizontal sectional view showing the 1st fuel gas flow passage part of the fuel cell of Embodiment 6 of the present invention. 本発明の実施形態6の燃料電池の第2燃料ガス流通路部を示す水平断面図。The horizontal sectional view showing the 2nd fuel gas flow passage part of the fuel cell of Embodiment 6 of the present invention. 本発明の実施形態7の燃料電池を示す斜視図。The perspective view which shows the fuel cell of Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施形態8の燃料電池を示す斜視図。The perspective view which shows the fuel cell of Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施形態9の燃料電池を示す斜視図。The perspective view which shows the fuel cell of Embodiment 9 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…第1燃料ガス流通路を有する燃料電池単体
2…第2燃料ガス流通路を有する燃料電池単体
3…燃料電池積層体
4…集電板
5a、5b…燃料ガスマニホールド
6、6a、6b、6c…仕切り板
7…第1燃料ガス室
8…第3燃料ガス室
9a、9b…燃料配管
10…第1燃料ガス流通路
10a…第1燃料ガス流通路の往路
10b…第1燃料ガス流通路の復路
11…第1燃料ガスセパレータ板
11a…第1燃料ガスセパレータ板のリブ部
12…シール材
13…第2燃料ガス室
14…第2燃料ガス流通路
14a…第2燃料ガス流通路の往路
14b…第2燃料ガス流通路の復路
15…第2燃料ガスセパレータ板
16…第4燃料ガス室
17…第5燃料ガス室
18a、18b…燃料給排気切換手段
30…酸化剤ガスマニホールド
31…電解質
32…ガス拡散電極
33…単位電池
36…酸化剤ガス流通路
37…酸化剤ガスセパレータ板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell single-piece | unit 2 which has 1st fuel gas flow path 2 ... Fuel cell single-piece | unit 3 which has 2nd fuel gas flow path 3 ... Fuel cell laminated body 4 ... Current collector plate 5a, 5b ... Fuel gas manifold 6, 6a, 6b, 6c ... Partition plate 7 ... 1st fuel gas chamber 8 ... 3rd fuel gas chamber 9a, 9b ... Fuel piping 10 ... 1st fuel gas flow path 10a ... Outward path 10b of 1st fuel gas flow path ... 1st fuel gas flow path Return path 11 ... first fuel gas separator plate 11a ... rib portion 12 of first fuel gas separator plate ... sealing material 13 ... second fuel gas chamber 14 ... second fuel gas flow passage 14a ... outward path of the second fuel gas flow passage 14b ... Return path 15 of the second fuel gas flow passage ... Second fuel gas separator plate 16 ... Fourth fuel gas chamber 17 ... Fifth fuel gas chamber 18a, 18b ... Fuel supply / exhaust switching means 30 ... Oxidant gas manifold 31 ... Electrolyte 32 ... Gas expansion Electrodes 33 ... unit cell 36 ... oxidant gas flow passage 37 ... oxidant gas separator plate

Claims (11)

板状に延びた電解質の両面を2枚の板状のガス拡散電極で挟持した単位電池と、前記ガス拡散電極の面に沿ってそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスが流れるように構成された燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路と、を有する燃料電池単体を複数個積層して構成された燃料電池積層体と、
前記燃料ガス流通路に燃料ガスを供給する燃料ガスマニホールドと、
前記酸化剤ガス流通路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガスマニホールドと、
を有する燃料電池において、
前記燃料ガスマニホールドは、前記燃料電池単体の積層方向にそれぞれ延びる第1燃料ガス室と第2燃料ガス室と第3燃料ガス室とを有し、
前記燃料ガス流通路は、
前記第1燃料ガス室および前記第2燃料ガス室に連絡し、前記第3燃料ガス室に連絡しない第1燃料ガス流通路と、
前記第2燃料ガス室および前記第3燃料ガス室に連絡し、前記第1燃料ガス室に連絡せず、前記第1燃料ガス流通路と異なる面内に配置された第2燃料ガス流通路と、
を有し、
燃料電池に供給された燃料ガスが、前記第1燃料ガス室、第1燃料ガス流通路、第2燃料ガス室、第2燃料ガス流通路、第3燃料ガス室の順に通って燃料電池外部に排出されるように構成されていること、
を特徴とする燃料電池。
A unit cell in which both surfaces of a plate-like electrolyte are sandwiched by two plate-like gas diffusion electrodes, and a fuel gas configured such that fuel gas and oxidant gas flow along the surfaces of the gas diffusion electrodes, respectively. A fuel cell stack formed by stacking a plurality of fuel cells each having a flow path and an oxidant gas flow path;
A fuel gas manifold for supplying fuel gas to the fuel gas flow passage;
An oxidant gas manifold for supplying an oxidant gas to the oxidant gas flow passage;
In a fuel cell having
The fuel gas manifold has a first fuel gas chamber, a second fuel gas chamber, and a third fuel gas chamber respectively extending in the stacking direction of the fuel cells alone.
The fuel gas flow path is
A first fuel gas flow passage that communicates with the first fuel gas chamber and the second fuel gas chamber and does not communicate with the third fuel gas chamber;
A second fuel gas flow passage that communicates with the second fuel gas chamber and the third fuel gas chamber, does not communicate with the first fuel gas chamber, and is disposed in a different plane from the first fuel gas flow passage; ,
Have
The fuel gas supplied to the fuel cell passes through the first fuel gas chamber, the first fuel gas flow passage, the second fuel gas chamber, the second fuel gas flow passage, and the third fuel gas chamber in this order to the outside of the fuel cell. Configured to be discharged,
A fuel cell.
前記燃料ガスマニホールドは、前記燃料電池単体の積層方向に延びる第4燃料ガス室をさらに有し、
前記第1燃料ガス流通路は、同一面内で第1燃料ガス往路と第1燃料ガス復路とに分割されており、
燃料ガスが、前記第1燃料ガス往路、第4燃料ガス室、第1燃料ガス復路の順に流れるように構成されていること、
を特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
The fuel gas manifold further includes a fourth fuel gas chamber extending in the stacking direction of the fuel cells alone,
The first fuel gas flow path is divided into a first fuel gas forward path and a first fuel gas return path in the same plane,
Fuel gas is configured to flow in the order of the first fuel gas forward path, the fourth fuel gas chamber, and the first fuel gas return path;
The fuel cell according to claim 1.
前記燃料ガスマニホールドは、前記燃料電池単体の積層方向に延びる第5燃料ガス室をさらに有し、
前記第2燃料ガス流通路は、同一面内で第2燃料ガス往路と第2燃料ガス復路とに分割されており、
燃料ガスが、前記第2燃料ガス往路、第5燃料ガス室、第2燃料ガス復路の順に流れるように構成されていること、
を特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池。
The fuel gas manifold further includes a fifth fuel gas chamber extending in the stacking direction of the fuel cells alone,
The second fuel gas flow path is divided into a second fuel gas forward path and a second fuel gas return path in the same plane,
Fuel gas is configured to flow in the order of the second fuel gas forward path, the fifth fuel gas chamber, and the second fuel gas return path;
The fuel cell according to claim 1 or 2.
前記第1燃料ガス流通路および前記第2燃料ガス流通路の少なくとも一方の流路形状が点対称であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の燃料電池。   4. The fuel cell according to claim 1, wherein a flow path shape of at least one of the first fuel gas flow path and the second fuel gas flow path is point-symmetric. 前記第1燃料ガス流通路を含む前記燃料電池単体の数が、前記第2燃料ガス流通路を含む前記燃料電池単体の数よりも多いこと、を特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の燃料電池。   5. The fuel cell according to claim 1, wherein the number of single fuel cells including the first fuel gas flow passage is greater than the number of single fuel cells including the second fuel gas flow passage. The fuel cell as described. 前記燃料電池単体それぞれにおける燃料利用率をいずれもUf1とするときに、前記第1燃料ガス流通路を含む前記燃料電池単体の数と前記第2燃料ガス流通路を含む前記燃料電池単体の数との比が1/(1−Uf1)にほぼ等しいこと、を特徴とする請求項5に記載の燃料電池。   When the fuel utilization rate in each of the single fuel cells is Uf1, the number of the single fuel cells including the first fuel gas flow passage and the number of the single fuel cells including the second fuel gas flow passage The fuel cell according to claim 5, wherein the ratio is substantially equal to 1 / (1-Uf1). 前記第1ないし第3燃料ガス室のいずれか2つ以上に、燃料ガスの流通状態を供給か排気か閉止かのいずれか2つ以上の状態に切り換えることのできる燃料給排気切換手段が接続されていること、を特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の燃料電池。   Fuel supply / exhaust switching means is connected to any two or more of the first to third fuel gas chambers, which can switch the flow state of the fuel gas to any two or more states of supply, exhaust, and closed. The fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein 前記第4ガス室と、前記第1ないし第3ガス室のうちのいずれか1つ以上に、燃料ガスの流通状態を供給か排気か閉止かのいずれか2つ以上の状態に切り換えることのできる燃料給排気切換手段が接続されていること、
を特徴とする請求項2に記載の燃料電池。
The flow state of the fuel gas can be switched to any one of two or more states of supply, exhaust, and closed for any one or more of the fourth gas chamber and the first to third gas chambers. Fuel supply / exhaust switching means is connected,
The fuel cell according to claim 2.
前記第5ガス室と、前記第1ないし第4ガス室のうちのいずれか1つ以上に、燃料ガスの流通状態を供給か排気か閉止かのいずれか2つ以上の状態に切り換えることのできる燃料給排気切換手段が接続されていること、
を特徴とする請求項3に記載の燃料電池。
The flow state of the fuel gas can be switched to any one of two or more states of supply, exhaust, and closed in any one or more of the fifth gas chamber and the first to fourth gas chambers. Fuel supply / exhaust switching means is connected,
The fuel cell according to claim 3.
前記第1燃料ガス流通路を含む燃料電池単体と、前記第2燃料ガス流通路を含む燃料電池単体とは、それぞれに供給される燃料ガスの成分の違いに応じて異なる構成になるように設計されていること、を特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の燃料電池。   The single fuel cell including the first fuel gas flow passage and the single fuel cell including the second fuel gas flow passage are designed to have different configurations according to the difference in the components of the fuel gas supplied to each. The fuel cell according to any one of claims 1 to 9, wherein the fuel cell is formed. 前記燃料電池単体同士はセパレータ板で仕切られており、第1燃料ガス流通路および第2燃料ガス流通路は、前記セパレータ板の表面の溝として形成されていること、を特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the single fuel cells are partitioned by a separator plate, and the first fuel gas flow passage and the second fuel gas flow passage are formed as grooves on the surface of the separator plate. The fuel cell according to any one of Items 10 to 10.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009140849A (en) * 2007-12-10 2009-06-25 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp Fuel cell and fuel cell separator
JP2012256498A (en) * 2011-06-08 2012-12-27 Toshiba Corp Fuel cell and fuel cell separator
CN106784932A (en) * 2016-12-30 2017-05-31 浙江省能源与核技术应用研究院 Fuel cell unit

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6039773A (en) * 1983-08-12 1985-03-01 Mitsubishi Electric Corp Layer-built fuel cell
JPS6068562A (en) * 1983-09-22 1985-04-19 Mitsubishi Electric Corp Stacked fuel cell
JPS63195971A (en) * 1987-02-10 1988-08-15 Mitsubishi Electric Corp Stacked fuel cell
JPH10223240A (en) * 1997-02-06 1998-08-21 Fuji Electric Co Ltd Fuel cell
JPH1131517A (en) * 1997-07-10 1999-02-02 Fuji Electric Co Ltd Phosphoric acid type fuel cell
JP2000082482A (en) * 1998-06-26 2000-03-21 Toyota Motor Corp Gas separator for fuel cell and the fuel cell, and gas distributing method for fuel cell
JP2000100458A (en) * 1998-09-25 2000-04-07 Toshiba Corp Solid polymer fuel cell
JP2000195529A (en) * 1998-12-24 2000-07-14 Mitsubishi Electric Corp Fuel cell
JP2000348745A (en) * 1999-06-03 2000-12-15 Mitsubishi Electric Corp Fuel cell
JP2001196087A (en) * 2000-01-06 2001-07-19 Toshiba Corp Pure hydrogen fuel cell and pure hydrogen fuel cell electric power generation system
JP2003157887A (en) * 2001-11-21 2003-05-30 Fuji Electric Co Ltd Solid high polymer fuel cell
JP2004039483A (en) * 2002-07-04 2004-02-05 Mitsubishi Electric Corp Fuel cell
JP2004146242A (en) * 2002-10-25 2004-05-20 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6039773A (en) * 1983-08-12 1985-03-01 Mitsubishi Electric Corp Layer-built fuel cell
JPS6068562A (en) * 1983-09-22 1985-04-19 Mitsubishi Electric Corp Stacked fuel cell
JPS63195971A (en) * 1987-02-10 1988-08-15 Mitsubishi Electric Corp Stacked fuel cell
JPH10223240A (en) * 1997-02-06 1998-08-21 Fuji Electric Co Ltd Fuel cell
JPH1131517A (en) * 1997-07-10 1999-02-02 Fuji Electric Co Ltd Phosphoric acid type fuel cell
JP2000082482A (en) * 1998-06-26 2000-03-21 Toyota Motor Corp Gas separator for fuel cell and the fuel cell, and gas distributing method for fuel cell
JP2000100458A (en) * 1998-09-25 2000-04-07 Toshiba Corp Solid polymer fuel cell
JP2000195529A (en) * 1998-12-24 2000-07-14 Mitsubishi Electric Corp Fuel cell
JP2000348745A (en) * 1999-06-03 2000-12-15 Mitsubishi Electric Corp Fuel cell
JP2001196087A (en) * 2000-01-06 2001-07-19 Toshiba Corp Pure hydrogen fuel cell and pure hydrogen fuel cell electric power generation system
JP2003157887A (en) * 2001-11-21 2003-05-30 Fuji Electric Co Ltd Solid high polymer fuel cell
JP2004039483A (en) * 2002-07-04 2004-02-05 Mitsubishi Electric Corp Fuel cell
JP2004146242A (en) * 2002-10-25 2004-05-20 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009140849A (en) * 2007-12-10 2009-06-25 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp Fuel cell and fuel cell separator
JP2012256498A (en) * 2011-06-08 2012-12-27 Toshiba Corp Fuel cell and fuel cell separator
CN106784932A (en) * 2016-12-30 2017-05-31 浙江省能源与核技术应用研究院 Fuel cell unit
CN106784932B (en) * 2016-12-30 2023-06-09 浙江省能源与核技术应用研究院 Fuel cell stack

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