JP2518594B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

燃料電池スタック

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JP2518594B2 JP5149481A JP14948193A JP2518594B2 JP 2518594 B2 JP2518594 B2 JP 2518594B2 JP 5149481 A JP5149481 A JP 5149481A JP 14948193 A JP14948193 A JP 14948193A JP 2518594 B2 JP2518594 B2 JP 2518594B2
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池スタックを構成
するガスヘッダ構造の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】燃料電池のガスヘッダ構造の従来技術と
しては、特開平4−121969号公報に示される技術
のものがある。その従来技術のものは、ガスの入口室と
出口室との高さが異なると、そのぶんだけガスヘッダと
して大型化することから、ガス入口室と出口室とを同一
平面上に構成することにより、電池の取扱及び組立等を
容易に行えるようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記に示す
従来技術は、ガスの入口室と出口室とが同一平面上に設
けられているので、積層セル群の各セルの平均温度や排
気ガスの温度より低い温度の供給ガスが通過すると、該
供給ガスによってセルが冷却されることとなる。特に、
ガスの入口室に隣接するセルにおいてはガスによってい
っそう冷却されるので、セルの温度が低下し、積層方向
のセル温度分布差が生じる。セルの温度が低下すると、
その機能も低下する問題がある。しかも、ガスヘッダと
各セルのセパレータ板との熱変形量が異なるので、ガス
の入口室を形成する上下の板とこれに隣接するセパレー
タ板との間に隙間が発生し、そこから漏れるガスの量が
大きくなるので、隣接するセルの性能がいっそう低下す
ると云う問題もある。さらに、ガスヘッダと積層セル群
のセパレータ板との熱変形量に差が生じ、積層スタック
が変形すると云う問題がある。
【0004】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑み、各セルの性能が低下するのを確実に防止すると共
に、積層スタックが変形するのも防止し得る燃料電池ス
タックを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係わる燃料電池スタックは、供給ガスが送
り込まれる入口室と、該入口室の供給ガスが供給され、
かつ各セルを複数個積層して形成された積層セル群と、
該積層セル群の各セルからの排気ガスを取り込む出口室
とを有し、積層セル群と入口室との間に出口室を配置し
ている。
【0006】
【作用】本発明では、上述の如く、入口室と積層セル群
と出口室とを有し、積層セル群と入口室との間に出口室
を配置しているので、入口室に送り込まれた供給ガスが
出口室内を貫通する入口マニホールドを経て積層セル群
に供給されることとなり、そのため、供給ガスがセルよ
り低い温度であっても、出口室を通過するときに温めら
れるから、供給ガスが各セルを直に冷却するおそれがな
い。従って、セルの温度が低下するのを防止できるの
で、セルの機能が低下することがないのに加え、積層セ
ル群と隣接するガスヘッダを形成する上下の板が、供給
ガスより高温な排気ガスによって高温に保持されている
ので、セルのセパレータ板とガスヘッダとの熱変形量に
差が生じるのを抑えることができ、スタック全体が変形
するのを防げると共に、ガス漏れも防げる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1乃至図7により
説明する。図1乃至図4は本発明による燃料電池スタッ
クの第1の実施例を示している。実施例の燃料電池スタ
ックは、図4に示すように、各セルを複数個積層して形
成された積層セル群31と、該積層セル群31に対して
ガスを供給しかつ該積層セル群31からガスを排気する
ためのガスヘッダ1,1′とで構成されている。そし
て、アノード(上・下段)側の供給ガス21′としての
燃料ガスが供給配管2を介してガスヘッダ1′に送り込
まれる一方、カソード(中段)側の供給ガス21として
の酸化剤ガスが供給配管2を経てガスヘッダ1に送り込
まれる。ガスヘッダ1内では図1,図2,図4に示すよ
うに、各々に形成された入口室4に供給ガス21が入り
込むと、入口マニホールド8を経て積層セル群31の各
セルに供給され、図示しないガスヘッダ1′内において
も供給ガス21′が同様に流れる。各セルに供給された
供給ガス21,21′は電気化学反応を生じて発電に利
用されることにより、排気ガス22,22′となって出
口マニホールド7を経てガスヘッダ1,1′の出口室5
に集められ、該出口室5から排気配管3を介して燃料電
池スタック外に排出される。なお図4において、符号2
3は供給ガスとしての燃料ガスの流れ方向を示し、符号
24は供給ガスとしての酸化剤ガスの流れ方向を示す。
【0008】しかして本発明においては、カソード(中
段)側のガスヘッダ1が積層セル群31と供給ガス21
の入口室4との間に出口室5が形成されている。具体的
に述べると、ガスヘッダ1においては図1及び図2に示
すように、内側中央部に、供給配管2の一端に接続され
た入口室4が配置され、該入口室4の外側にその外周を
包囲し得る形状をなす出口室5が形成され、該出口室5
の前記供給配管2と反対側の側壁に排気配管3の一端が
接続されている。出口室5の上方位置及び下方位置には
図4に示す如く積層セル群31が配置されている。従っ
て、出口室5は積層セル群31と入口室4との間に形成
されることとなる。なお、供給配管2の他端には燃料ガ
スの供給源(図示せず)に接続されている。また出口室
5内には、入口室4内に送り込まれたガスを積層セル群
の各セルに供給するために入口マニホールド8が所定位
置に複数形成され、かつ積層セル群の各セルからの消費
された出口ガスを出口室5内に取り込むため、入口室4
より外側位置に出口マニホールド7が複数形成されてい
る。入口マニホールド8は長孔6の形状をなす筒形に形
成され、出口マニホールド7は長孔形状をなしている。
【0009】実施例の燃料電池スタックは、上記の如
く、入口室4を包囲し得る形状の出口室5を形成し、該
出口室5を積層セル群31と入口室4との間に設けたの
で、カソード(中段)側のガスヘッダ1においては、入
口室4に送り込まれた供給ガス(燃料ガス)21が出口
室5内の入口マニホールド8を経て積層セル群31に供
給されることとなるから、供給ガス21がセルより低い
温度であっても、出口室5を通過するときに温められる
ので、供給ガス21が各セルを直に冷却するおそれがな
い。従って、セルの温度が低下するのを防止できるの
で、従来技術に比較すると、セルの機能が低下すること
がないのに加え、セルのセパレータ板とガスヘッダとの
熱変形量に差が生じるのを可及的に抑えることができる
ので、スタック全体が変形するのを防げると共に、ガス
漏れも防げる。なお本例では、入口マニホールド8とし
て入口室4或いは出口室5と同一材質のもので単に筒形
に形成した例を示したが、例えば図3に示すように、環
状に形成されたステンレス材を軸方向に沿いつなぎ合わ
せてフレキシブル管を構成すると、熱変形によって入口
マニホールド8の孔6がずれても、それを吸収すること
ができる。即ち、燃料電池は、溶融炭酸塩型の場合にあ
っては例えば約650℃で作動しており、その熱により
入口マニホールド8の孔6が出口マニホールド7に対し
ずれを生じることがある。上述の如く、入口マニホール
ド8をフレキシブル管で構成すれば、熱によって入口マ
ニホールド8の位置がずれても、それに追従するので、
所望量の供給ガスを的確に送り込むことができる。
【0010】図5乃至図7は本発明による燃料電池スタ
ックの他の例を示す。図5及び図6に示す実施例におい
て前記第1の実施例と異なるのは、入口室4の入口マニ
ホールド8が出口室5の外側寄りの位置に配置され、ま
た出口マニホールド7がそれより内側の中央位置に設け
られていることにある。従って、入口室4に送り込まれ
た供給ガスが図6に示すように、出口室5の外側寄りの
入口マニホールド8により積層セル群の各セルに供給さ
れ、排気ガスが出口室5の中央位置の出口マニホールド
7より出口室5に集められることにより排気される。図
7に示す実施例は、アノード(上段及び下段)側のガス
ヘッダ1′に適用したものであって(図4参照)、出口
室5の内部において積層セル群31から離れた位置に入
口室4が配置されている。そして、出口室5において入
口室4と積層セル群の各セルとを接続する入口マニホー
ルド8が形成されている。従って、入口室4からの供給
ガス21′が入口マニホールド8を介し出口室5上の積
層セル群31に供給され、また積層セル群31からの排
気ガス22′が出口室5に送り込まれることとなる。こ
れらの実施例によれば、基本的には前記第1の実施例と
同様の作用効果を得ることができる。なお本例では下段
のガスヘッダ1′に適用し得るようにするため、入口室
4が出口室5内の底部に配置されたが、入口室4を出口
室5内の上部に配置させると、上段のガスヘッダ1′に
適用し得るのは勿論である。
【0011】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項1に
よれば、積層セル群と入口室との間に出口室を形成し、
供給ガスがセルより低い温度であっても、供給ガスが各
セルを直に冷却するおそれがなく、セルの温度が低下し
ないように構成したので、セルの機能が低下することが
ないのに加え、セルのセパレータ板とガスヘッダとの熱
変形量に差が生じるのを抑えることができ、スタック全
体が変形するのを防げると共に、ガス漏れも防げる結
果、各セルの機能を充分に発揮し得る効果がある。そし
て供給ガスによるセル温度低下が防止されるため、積層
方向のセルの温度分布を均一にすることができるので、
セル間の性能のばらつきを低減することができ、均一な
性能にて燃料電池の発電を行うことができると云う効果
がある。また供給ガスが出口室を通過するときに温めら
れるので、ガス温度が低い場合に生じるカーボンの析出
を防止できると云う効果もある。さらに、請求項4によ
れば、入口マニホールドをフレキシブル管で構成したの
で、熱によって入口マニホールドの位置がずれても、所
望量の供給ガスを的確に送り込むことができると云う効
果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による燃料電池スタックの第1の実施例
を示すガスヘッダの説明用破断斜視図。
【図2】ガスヘッダの説明用断面図。
【図3】入口マニホールドをフレキシブル管で構成した
ガスヘッダの説明用断面図。
【図4】燃料電池スタックを示す一部分解した全体斜視
図。
【図5】本発明による燃料電池スタックの他の実施例を
示すガスヘッダの説明用断面図。
【図6】図5のガスヘッダを示す説明用破断斜視図。
【図7】本発明による燃料電池スタックのさらに他の実
施例を示すガスヘッダの説明用断面図。
【符号の説明】
1,1′…ガスヘッダ、2…供給配管、3…排気配管、
21,21′…供給ガス、22,22′…排気ガス、4
…入口室、5…出口室、6…入口マニホールド孔、7…
出口マニホールド、8…入口マニホールド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加原 俊樹 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 吉田 正 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 平4−144069(JP,A) 特開 平2−170371(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 供給ガスが送り込まれる入口室と、該入
    口室の供給ガスが供給され、かつ各セルを複数個積層し
    て形成された積層セル群と、該積層セル群の各セルから
    の排気ガスを取り込む出口室とを有し、積層セル群と入
    口室との間に出口室を形成することを特徴とする燃料電
    池スタック。
  2. 【請求項2】 供給ガスが送り込まれる入口室と、該入
    口室の供給ガスが供給され、かつ各セルを複数個積層し
    て形成された積層セル群と、該積層セル群の各セルから
    の排気ガスを取り込む出口室とを有し、積層セル群と入
    口室との間に出口室を形成し、かつ該出口室は入口室の
    周囲を包囲し得る形状をなすと共にその内部空間中に入
    口室を配置し、その出口室内に入口室からの供給ガスを
    積層セル群に導入する入口マニホールドを設けたことを
    特徴とする燃料電池スタック。
  3. 【請求項3】 供給ガスが送り込まれる入口室と、該入
    口室の供給ガスが供給され、かつ各セルを複数個積層し
    て形成された積層セル群と、該積層セル群の各セルから
    の排気ガスを取り込む出口室とを有し、積層セル群と入
    口室との間に出口室を形成し、かつ該出口室は入口室の
    周囲を包囲し得る形状をなすと共にその内部空間中の積
    層セル群から最も離れた位置に入口室を配置し、その出
    口室内に入口室からの供給ガスを積層セル群に導入する
    入口マニホールドを設けたことを特徴とする燃料電池ス
    タック。
  4. 【請求項4】 前記入口マニホールドをフレキシブル管
    で構成したことを特徴とする請求項2または3の一項に
    記載の燃料電池スタック。
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