JP2013206572A5 - - Google Patents

Description

内部のガス流路を通過して供給される酸化剤ガス又は燃料ガスの一方と、外部より供給される酸化剤ガス又は燃料ガスの他方とを用いた発電反応により発電する燃料電池セルを有する燃料電池ユニットであって、複数の燃料電池セルが内部に配置された発電室と、酸化剤ガス又は燃料ガスの一方のガスを内部に導入する一端側に設けられた導入口と、一方のガスを一端側から対向する他端側に配列する複数の燃料電池セルに順次導出する複数の導出口と、を有するマニホールドと、発電室の上面に設けられ、発電反応後のガス、又は未反応の酸化剤ガス及び燃料ガスを発電室の外部に導く開口部と、を備え、マニホールドの内部において、一端側から他端側にかけて生じる圧力降下により複数の燃料電池セルのガス流路に供給される一方のガスの量が不均一となることを抑制するために、開口部が他端側に寄せて配設されている。
また、本発明は、好ましくは、前記開口部は、前記マニホールドの前記他端側における開口量が大きくなるように設けられている。

このように構成された本発明においては、開口部をマニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の中央部よりも下流側寄りに配置したことにより、燃焼ガスはマニホールドの上流側に比べて開口部に距離が近い下流側でよりスムーズにケーシングから排出される。そのため、より燃焼ガスが消費されやすいマニホールドの下流側に配置された燃料電池セルの上方の圧力が、上流側の燃料電池セル上方の圧力に比べて低くなり、マニホールドの下流側において燃料ガスがよりスムーズに燃料電池セル下方から供給される。燃料電池セル集合体における各燃料電池セルに供給される燃料ガスの流量が均一化されるため、不均一な流量の燃料ガスの供給によって発生する燃料電池セルの劣化や破損を防ぐことができる。従って、発電反応が安定するとともに長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。

本発明は、好ましくは、開口部は、燃料電池セル集合体の中央部から見てマニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の下流側寄りに配置される。

このように構成された本発明においては、開口部は燃料電池セル集合体の中央部から見てマニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の下流側寄りに配置されているので、開口部とマニホールド上流側との間に、燃料電池ユニット内で最も高温となる燃料電池セル集合体の中央部が位置することとなる。高温環境下では気体の粘度が上昇するという特性があるので、開口部とマニホールド上流との間に高温で粘度が高くなった領域ができ、上流側の燃料ガスが開口部に到達しづらくなり、上流側の燃料ガス流量を抑えるとともに下流側の燃料ガス流量を相対的に増やすことができる。これによって、燃料ガスが燃料電池セルユニットに供給されにくかったマニホールド下流側において燃料ガスをより供給できるようにしたので、マニホールド下流側で燃料ガスがよりスムーズに燃料電池セルに供給されるようになり、より確実に不均一な流量の燃料ガスの供給によって発生する燃料電池セルの劣化や破損を防ぐことができる。従って、発電反応がより安定するとともにより長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。

本発明は、好ましくは、水を水蒸気にする蒸発器と、水蒸気により被改質ガスを燃料ガスへ改質する改質器と、を燃料電池セル集合体と開口部との間に有し、蒸発器をマニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の中央部よりも下流側寄りに配置し、改質器をマニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の中央部よりも上流側寄りに配置する。

このように構成された本発明においては、蒸発器を燃料電池セル集合体と開口部との間であって、且つマニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の中央部よりも下流側に配置したため、温度の高い改質器の周囲に比べ、水を気化することで比較的低温となる蒸発器の周囲では気体の粘度が抑えられる。そのため、蒸発器の周囲、即ち、マニホールドの下流側の上方では、上流側の上方に比べて粘度が低くなり、より燃焼ガスの流れがスムーズになる。マニホールドの下流側で燃料ガスがよりスムーズに燃料電池セルに供給されるようにしたため、より確実に不均一な流量の燃料ガスの供給によって発生する燃料電池セルの劣化や破損を防ぐことができる。従って、発電反応がより安定するとともにさらに長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。

Claims (4)

1. 内部のガス流路を通過して供給される酸化剤ガス又は燃料ガスの一方と、外部より供給される酸化剤ガス又は燃料ガスの他方とを用いた発電反応により発電する燃料電池セルを有する燃料電池ユニットであって、
   複数の前記燃料電池セルが内部に配置された発電室と、
   前記酸化剤ガス又は前記燃料ガスの一方のガスを内部に導入する一端側に設けられた導入口と、前記一方のガスを前記一端側から対向する他端側に配列する複数の前記燃料電池セルに順次導出する複数の導出口と、を有するマニホールドと、
   前記発電室の上面に設けられ、前記発電反応後のガス、又は未反応の酸化剤ガス及び燃料ガスを発電室の外部に導く開口部と、を備え、
   前記マニホールドの内部において、前記一端側から他端側にかけて生じる圧力降下により前記複数の燃料電池セルの前記ガス流路に供給される前記一方のガスの量が不均一になることを抑制するために、前記開口部が前記他端側に寄せて配設されていることを特徴とする燃料電池ユニット。
2. 前記開口部は、前記マニホールドの前記他端側における開口量が大きくなるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池ユニット。
3. 前記開口部は、前記燃料電池セル集合体の中央部から見て前記マニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の下流側寄りに配置される請求項２に記載の燃料電池ユニット。
4. 水を水蒸気にする蒸発器と、水蒸気により被改質ガスを燃料ガスへ改質する改質器と、を前記燃料電池セル集合体と前記開口部との間に有し、
   前記蒸発器を前記マニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の中央部よりも下流側寄りに配置し、前記改質器を前記マニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の中央部よりも上流側寄りに配置する請求項３に記載の燃料電池ユニット。