JP2916055B2 - 固体電解質型燃料電池スタック - Google Patents
固体電解質型燃料電池スタックInfo
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、固体電解質を用いた
燃料電池に関し、特に複数の単セルを備えた固体電解質
型燃料電池スタックに関するものである。
燃料電池に関し、特に複数の単セルを備えた固体電解質
型燃料電池スタックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池はイットリア安定
化ジルコニア（ＹＳＺ）やカルシア安定化ジルコニア
（ＣＳＺ）などの固体電解質の両側に空気電極（陽極）
と燃料電極（陰極）とを設け、固体電解質を介して燃料
ガスと空気とを電気化学的に反応させることにより起電
力を得るものである。この種の燃料電池では、燃料ガス
流路と空気流路とを気密状態に分離する必要があるの
で、従来より、例えば固体電解質を筒状に形成し、その
内周面および外周面に前記各電極を設けた円筒式のもの
が知られている。また、単セルで得られる電力が少ない
ので、従来では複数の円筒状単セルを直並列に接続した
スタックにより起電力を得ているものが多い。
化ジルコニア（ＹＳＺ）やカルシア安定化ジルコニア
（ＣＳＺ）などの固体電解質の両側に空気電極（陽極）
と燃料電極（陰極）とを設け、固体電解質を介して燃料
ガスと空気とを電気化学的に反応させることにより起電
力を得るものである。この種の燃料電池では、燃料ガス
流路と空気流路とを気密状態に分離する必要があるの
で、従来より、例えば固体電解質を筒状に形成し、その
内周面および外周面に前記各電極を設けた円筒式のもの
が知られている。また、単セルで得られる電力が少ない
ので、従来では複数の円筒状単セルを直並列に接続した
スタックにより起電力を得ているものが多い。
【０００３】図２は複数の単セルを例えば２列に備えた
固体電解質型燃料電池スタックの断面図である。このス
タックは、下端部が閉塞された円筒状の複数の単セル１
と、この単セル１を収納する燃料ガス室２と、単セル１
内の発電済みの高温の空気（以下空気排ガスという）を
集める空気排ガス集合室３と、空気分配管５を介して単
セル１内に空気を供給する空気分配室４と、燃料ガス室
２内に燃料ガスを分配する燃料ガス分配室６と、空気を
予熱する２重管構造の空気予熱器７と、燃料ガスを予熱
する２重管構造の燃料ガス予熱器８等とから構成されて
いる。
固体電解質型燃料電池スタックの断面図である。このス
タックは、下端部が閉塞された円筒状の複数の単セル１
と、この単セル１を収納する燃料ガス室２と、単セル１
内の発電済みの高温の空気（以下空気排ガスという）を
集める空気排ガス集合室３と、空気分配管５を介して単
セル１内に空気を供給する空気分配室４と、燃料ガス室
２内に燃料ガスを分配する燃料ガス分配室６と、空気を
予熱する２重管構造の空気予熱器７と、燃料ガスを予熱
する２重管構造の燃料ガス予熱器８等とから構成されて
いる。
【０００４】そして、空気を空気予熱器７の外管７ｂ側
に通し、空気排ガスを内管７ａ側に通して、空気を空気
排ガスで予熱した後、空気分配室４および空気分配管５
を介して、この予熱空気を単セル１の空気流路ＡＦに送
り込む。また、燃料ガスを燃料ガス予熱器８の外管８ｂ
側に通し、発電済みの高温の燃料ガス（以下燃料排ガス
という）を内管８ａ側に通して、燃料ガスを燃料排ガス
で予熱した後、燃料ガス分配室６を介して、この予熱燃
料ガスを燃料ガス室２内の単セル１の外方に形成された
燃料ガス流路ＧＦに送り込む。そして、空気流路ＡＦを
流れる空気中の酸素ガスと燃料ガス流路ＧＦを流れる燃
料ガス中の水素ガスとが単セル１の固体電解質を挟んで
電気化学的に反応し、この単セル１に起電力が発生する
とともに、このスタックから所定の電力が取り出され
る。
に通し、空気排ガスを内管７ａ側に通して、空気を空気
排ガスで予熱した後、空気分配室４および空気分配管５
を介して、この予熱空気を単セル１の空気流路ＡＦに送
り込む。また、燃料ガスを燃料ガス予熱器８の外管８ｂ
側に通し、発電済みの高温の燃料ガス（以下燃料排ガス
という）を内管８ａ側に通して、燃料ガスを燃料排ガス
で予熱した後、燃料ガス分配室６を介して、この予熱燃
料ガスを燃料ガス室２内の単セル１の外方に形成された
燃料ガス流路ＧＦに送り込む。そして、空気流路ＡＦを
流れる空気中の酸素ガスと燃料ガス流路ＧＦを流れる燃
料ガス中の水素ガスとが単セル１の固体電解質を挟んで
電気化学的に反応し、この単セル１に起電力が発生する
とともに、このスタックから所定の電力が取り出され
る。
【０００５】なお、単セル１における電気化学反応は約
１０００℃近傍で行われるため、空気や燃料ガスは空気
予熱器７や燃料ガス予熱器８により必要温度（数百度
℃）まで予熱してやる必要がある。
１０００℃近傍で行われるため、空気や燃料ガスは空気
予熱器７や燃料ガス予熱器８により必要温度（数百度
℃）まで予熱してやる必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記固
体電解質型燃料電池スタックの空気予熱器７や燃料ガス
予熱器８では内管７ａ，８ａと外管７ｂ，８ｂの温度が
異なり、これ等の熱膨脹量が異なるため、内管７ａ，８
ａと外管７ｂ，８ｂ等との間で大きな熱応力が生じてし
まうという課題があった。また、この空気予熱器７や燃
料ガス予熱器８のような単なる２重管構造の熱交換器で
は充分に熱量が吸収されず熱効率が悪いという課題があ
った。
体電解質型燃料電池スタックの空気予熱器７や燃料ガス
予熱器８では内管７ａ，８ａと外管７ｂ，８ｂの温度が
異なり、これ等の熱膨脹量が異なるため、内管７ａ，８
ａと外管７ｂ，８ｂ等との間で大きな熱応力が生じてし
まうという課題があった。また、この空気予熱器７や燃
料ガス予熱器８のような単なる２重管構造の熱交換器で
は充分に熱量が吸収されず熱効率が悪いという課題があ
った。
【０００７】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、熱応力を小さく押さえることができ、かつ熱効率
も大きい２重管構造の空気予熱器および燃料ガス予熱器
を備えた固体電解質燃料電池スタックを提供することを
目的とする。
ので、熱応力を小さく押さえることができ、かつ熱効率
も大きい２重管構造の空気予熱器および燃料ガス予熱器
を備えた固体電解質燃料電池スタックを提供することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、一端部が閉塞された筒状を成す固体
電解質を挟んで一方に空気電極が、他方に燃料電極がそ
れぞれ形成された電池を複数備えるとともに、この電池
の一方の空気電極側に流される空気と他方の燃料電極側
に流される燃料ガスとをそれぞれ予熱する、内管と外管
とからなる二重管構造の空気予熱器と燃料ガス予熱器と
を備えた固体電解質型燃料電池スタックであって、前記
空気予熱器もしくは前記燃料ガス予熱器の二重管構造の
うちの発電前の空気もしくは燃料ガスを流す内管もしく
は外管と連通し、かつ複数の前記電池の各閉塞端と対向
した位置に前記空気もしくは前記燃料ガスを吹き出すた
めのガス通路がそれぞれ設けられたガス分配室をさらに
備えるとともに、前記空気予熱器および燃料ガス予熱器
は、各内管と外管のうち少なくとも内管が断面波形のコ
ルゲート管で構成されていることを特徴としている。
を達成するために、一端部が閉塞された筒状を成す固体
電解質を挟んで一方に空気電極が、他方に燃料電極がそ
れぞれ形成された電池を複数備えるとともに、この電池
の一方の空気電極側に流される空気と他方の燃料電極側
に流される燃料ガスとをそれぞれ予熱する、内管と外管
とからなる二重管構造の空気予熱器と燃料ガス予熱器と
を備えた固体電解質型燃料電池スタックであって、前記
空気予熱器もしくは前記燃料ガス予熱器の二重管構造の
うちの発電前の空気もしくは燃料ガスを流す内管もしく
は外管と連通し、かつ複数の前記電池の各閉塞端と対向
した位置に前記空気もしくは前記燃料ガスを吹き出すた
めのガス通路がそれぞれ設けられたガス分配室をさらに
備えるとともに、前記空気予熱器および燃料ガス予熱器
は、各内管と外管のうち少なくとも内管が断面波形のコ
ルゲート管で構成されていることを特徴としている。
【０００９】
【作用】複数の電池の一方の電極側に流される空気と、
他方の電極側に流される燃料ガスとが、固体電解質を介
して電気化学的に反応して、この複数の電池には起電力
が発生する。そしてこの電気化学的反応は一定の高温状
態で行われるため、空気と燃料ガスとは空気予熱器およ
び燃料ガス予熱器にてそれぞれ予熱する必要がある。こ
の場合、空気予熱器および燃料ガス予熱器をそれぞれ、
内管と外管とからなる二重管構造とし、例えば、この二
重管構造部分の内管内に、低温の発電前の空気または燃
料ガスを流し、内管と外管との間の空間に発電済みで高
温の空気または燃料ガスを流す。したがって、内管の管
壁を挟んで内外で熱交換が行われて、所謂排ガスによっ
て空気と燃料ガスとを予熱する。 また、発電前の空気も
しくは燃料ガスは、ガス分配室に一旦流入した後、各ガ
ス通路から各電池の各閉塞端の外面部に対して吹き付け
られる。したがって空気もしくは燃料ガスが、各電池の
外面を覆った状態で電池の長さ方向に沿って流動し、そ
のため、電池の外面のほぼ全体に空気もしくは燃料ガス
が供給される。すなわち電極に対する気体の供給の効率
に優れている。 さらに、内管および外管のうち少なくと
も内管にコルゲート管を使用した２重管構造の空気予熱
器と燃料ガス予熱器では、その断面が波形をしており、
その長手方向の伸縮性を有するとともに、同一径および
同一長さの直管に比べて、その表面積が大きいという特
徴を有しているとともに、内部に流体を流すと、その表
面の凹凸により流体の流れを乱し、伝熱特性がよいとい
う特徴を有しているので、内管と外管間等に生じる熱膨
脹差を吸収することができるとともに、伝熱面積が増大
し、伝熱特性がよくなる分、この空気予熱器および燃料
ガス予熱器の熱交換効率の向上を図ることができる。
他方の電極側に流される燃料ガスとが、固体電解質を介
して電気化学的に反応して、この複数の電池には起電力
が発生する。そしてこの電気化学的反応は一定の高温状
態で行われるため、空気と燃料ガスとは空気予熱器およ
び燃料ガス予熱器にてそれぞれ予熱する必要がある。こ
の場合、空気予熱器および燃料ガス予熱器をそれぞれ、
内管と外管とからなる二重管構造とし、例えば、この二
重管構造部分の内管内に、低温の発電前の空気または燃
料ガスを流し、内管と外管との間の空間に発電済みで高
温の空気または燃料ガスを流す。したがって、内管の管
壁を挟んで内外で熱交換が行われて、所謂排ガスによっ
て空気と燃料ガスとを予熱する。 また、発電前の空気も
しくは燃料ガスは、ガス分配室に一旦流入した後、各ガ
ス通路から各電池の各閉塞端の外面部に対して吹き付け
られる。したがって空気もしくは燃料ガスが、各電池の
外面を覆った状態で電池の長さ方向に沿って流動し、そ
のため、電池の外面のほぼ全体に空気もしくは燃料ガス
が供給される。すなわち電極に対する気体の供給の効率
に優れている。 さらに、内管および外管のうち少なくと
も内管にコルゲート管を使用した２重管構造の空気予熱
器と燃料ガス予熱器では、その断面が波形をしており、
その長手方向の伸縮性を有するとともに、同一径および
同一長さの直管に比べて、その表面積が大きいという特
徴を有しているとともに、内部に流体を流すと、その表
面の凹凸により流体の流れを乱し、伝熱特性がよいとい
う特徴を有しているので、内管と外管間等に生じる熱膨
脹差を吸収することができるとともに、伝熱面積が増大
し、伝熱特性がよくなる分、この空気予熱器および燃料
ガス予熱器の熱交換効率の向上を図ることができる。
【００１０】
【実施例】つぎにこの発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１はこの発明の一実施例である固体電解質型
燃料電池スタックの断面図である。このスタックでは、
円筒状の固体電解質の内側に空気電極、外側に燃料電極
を有するとともに、その下端部が閉塞された複数の円筒
状単セル１１を２列の状態で有している。そして２列の
単セル１１の同一列の単セル１１同士はインターコネク
タ等を介して互いに直列に接続されており、各列同士は
互いに並列に接続されている。
明する。図１はこの発明の一実施例である固体電解質型
燃料電池スタックの断面図である。このスタックでは、
円筒状の固体電解質の内側に空気電極、外側に燃料電極
を有するとともに、その下端部が閉塞された複数の円筒
状単セル１１を２列の状態で有している。そして２列の
単セル１１の同一列の単セル１１同士はインターコネク
タ等を介して互いに直列に接続されており、各列同士は
互いに並列に接続されている。
【００１１】単セル１１はその一端部側を除きその大部
分が燃料ガス室１２内に収納されており、この燃料ガス
室１２内で単セル１１の外方には燃料ガス流路ＧＦが形
成されている。そしてこの燃料ガス室１２の上方には単
セル１１内から排出される発電済みの空気排ガスを集め
る空気排ガス集合室１３が設けられ、さらにこの空気排
ガス集合室１３の上方には空気分配管１５に空気を分配
するための空気分配室１４が設けられている。空気分配
管１５は空気分配室１４から空気排ガス集合室１３を通
って単セル１１の閉塞端近傍まで延びており、単セル１
１の空気電極とこの空気分配管１５との間に形成される
空気流路ＡＦに空気を供給するものである。
分が燃料ガス室１２内に収納されており、この燃料ガス
室１２内で単セル１１の外方には燃料ガス流路ＧＦが形
成されている。そしてこの燃料ガス室１２の上方には単
セル１１内から排出される発電済みの空気排ガスを集め
る空気排ガス集合室１３が設けられ、さらにこの空気排
ガス集合室１３の上方には空気分配管１５に空気を分配
するための空気分配室１４が設けられている。空気分配
管１５は空気分配室１４から空気排ガス集合室１３を通
って単セル１１の閉塞端近傍まで延びており、単セル１
１の空気電極とこの空気分配管１５との間に形成される
空気流路ＡＦに空気を供給するものである。
【００１２】また、空気分配室１４に隣接して２重管構
造となった空気予熱器１６が設けられている。この空気
予熱器１６は、空気排ガス集合室１３から空気排ガスを
排出させる空気排ガス排出管をその内管１６ａとし、空
気分配室１４に空気を供給する空気供給管をその外管１
６ｂとしている。そして、空気予熱器１６の内管１６ａ
および外管１６ｂはその断面が波形となった伸縮容易な
コルゲート管から構成されている。また、燃料ガス室１
２の下方にはこの燃料ガス室１２内の各単セル１１の燃
料ガス流路ＧＦに通路１７ａを介して燃料ガスを分配す
る燃料ガス分配室１７が設けられている。なお、この通
路１７ａは単セル１１の閉塞された下端部に対向した位
置、つまりその図１における下側に穿設されている。そ
して、この燃料ガス分配室１７に隣接して２重管構造と
なった燃料ガス予熱器１８が設けられている。
造となった空気予熱器１６が設けられている。この空気
予熱器１６は、空気排ガス集合室１３から空気排ガスを
排出させる空気排ガス排出管をその内管１６ａとし、空
気分配室１４に空気を供給する空気供給管をその外管１
６ｂとしている。そして、空気予熱器１６の内管１６ａ
および外管１６ｂはその断面が波形となった伸縮容易な
コルゲート管から構成されている。また、燃料ガス室１
２の下方にはこの燃料ガス室１２内の各単セル１１の燃
料ガス流路ＧＦに通路１７ａを介して燃料ガスを分配す
る燃料ガス分配室１７が設けられている。なお、この通
路１７ａは単セル１１の閉塞された下端部に対向した位
置、つまりその図１における下側に穿設されている。そ
して、この燃料ガス分配室１７に隣接して２重管構造と
なった燃料ガス予熱器１８が設けられている。
【００１３】この燃料ガス予熱器１８は、燃料ガス室１
２から燃料排ガスを排出させる燃料排ガス排出管をその
内管１８ａとし、燃料ガス分配室１７に燃料ガスを供給
する燃料ガス供給管をその外管１８ｂとしている。そし
て、燃料ガス予熱器１８の内管１８ａおよび外管１８ｂ
もその断面が波形となった伸縮容易なコルゲート管から
構成されている。この場合、燃料ガス室１２では下方か
ら上方に燃料ガス流路ＧＦが形成され、燃料ガス室１２
からの燃料排ガスの取り出しは空気排ガス集合室１３近
傍で行われる必要があるため、燃料ガス予熱器１８の内
管１８ａには燃料ガス室１２内でガス集合管１９が連結
され、このガス集合管１９が空気排ガス集合室１３近傍
まで延び、そのガス取出口１９ａがこの空気排ガス集合
室１３近傍に設けられている。なお、ガス集合管１９は
燃料ガス室１２から偏流なく燃料排ガスを集めるために
各列の単セル１１に沿って複数本設けてもよい。
２から燃料排ガスを排出させる燃料排ガス排出管をその
内管１８ａとし、燃料ガス分配室１７に燃料ガスを供給
する燃料ガス供給管をその外管１８ｂとしている。そし
て、燃料ガス予熱器１８の内管１８ａおよび外管１８ｂ
もその断面が波形となった伸縮容易なコルゲート管から
構成されている。この場合、燃料ガス室１２では下方か
ら上方に燃料ガス流路ＧＦが形成され、燃料ガス室１２
からの燃料排ガスの取り出しは空気排ガス集合室１３近
傍で行われる必要があるため、燃料ガス予熱器１８の内
管１８ａには燃料ガス室１２内でガス集合管１９が連結
され、このガス集合管１９が空気排ガス集合室１３近傍
まで延び、そのガス取出口１９ａがこの空気排ガス集合
室１３近傍に設けられている。なお、ガス集合管１９は
燃料ガス室１２から偏流なく燃料排ガスを集めるために
各列の単セル１１に沿って複数本設けてもよい。
【００１４】つぎにこの固体電解質型燃料電池スタック
の作用を説明する。空気予熱器１６の外管１６ｂ内に供
給された空気は、その内管１６ａ内を流れる空気排ガス
によって所定温度まで加熱された後、空気分配室１４に
供給され、その後空気分配管１５を介して各単セル１１
内の空気流路ＡＦ中に流される。また、燃料ガス予熱器
１８の外管１８ｂ内に供給された燃料ガスは、その内管
１８ａ内を流れる燃料排ガスによって所定温度まで加熱
された後、燃料ガス分配室１７に供給され、その後通路
１７ａを介して燃料ガス室１２に供給されて、単セル１
１外方に形成される燃料ガス流路ＧＦ中に流される。な
お、各単セル１１の閉塞された下端部と対向した位置に
各通路１７ａが配置されているから、その通路１７ａか
ら燃料ガス流路ＧＦに供給される燃料ガスは、単セル１
１の閉塞された下端部に衝突し、次いで単セル１１の外
面に沿って上昇する。
の作用を説明する。空気予熱器１６の外管１６ｂ内に供
給された空気は、その内管１６ａ内を流れる空気排ガス
によって所定温度まで加熱された後、空気分配室１４に
供給され、その後空気分配管１５を介して各単セル１１
内の空気流路ＡＦ中に流される。また、燃料ガス予熱器
１８の外管１８ｂ内に供給された燃料ガスは、その内管
１８ａ内を流れる燃料排ガスによって所定温度まで加熱
された後、燃料ガス分配室１７に供給され、その後通路
１７ａを介して燃料ガス室１２に供給されて、単セル１
１外方に形成される燃料ガス流路ＧＦ中に流される。な
お、各単セル１１の閉塞された下端部と対向した位置に
各通路１７ａが配置されているから、その通路１７ａか
ら燃料ガス流路ＧＦに供給される燃料ガスは、単セル１
１の閉塞された下端部に衝突し、次いで単セル１１の外
面に沿って上昇する。
【００１５】そして、燃料ガス流路ＧＦを流れる燃料ガ
ス中の水素ガスと空気流路ＡＦを流れる空気中の酸素ガ
スとが固体電解質を挟んで電気化学的に反応し、単セル
１１に起電力が発生して、このスタックから必要な電力
が取り出される。なお、燃料ガスが単セル１１の外面に
沿う状態に流動しているので、燃料ガスが燃料電極であ
る単セル１１の外面に充分に供給されるとともに、反応
後の燃料排ガスが単セル１１の外面から順次除去され
る。その結果、単セル１１への燃料ガスの供給効率が向
上し、電力の出力低下を防ぐことができる。そして、単
セル１１内から排出される高温の空気排ガスは空気排ガ
ス集合室１３に集められた後、空気予熱器１６の内管１
６ａを通って、外管１６ｂ側の空気に熱を与えつつ冷却
されてスタック外に放出される。また、燃料ガス室１２
内から排出される高温の燃料排ガスはガス集合管１９を
通って燃料ガス予熱器１８の内管１８ａに集められ、こ
の内管１８ａを通過中に外管１８ｂ側の燃料ガスに熱を
与えつつ冷却されてスタック外に放出される。
ス中の水素ガスと空気流路ＡＦを流れる空気中の酸素ガ
スとが固体電解質を挟んで電気化学的に反応し、単セル
１１に起電力が発生して、このスタックから必要な電力
が取り出される。なお、燃料ガスが単セル１１の外面に
沿う状態に流動しているので、燃料ガスが燃料電極であ
る単セル１１の外面に充分に供給されるとともに、反応
後の燃料排ガスが単セル１１の外面から順次除去され
る。その結果、単セル１１への燃料ガスの供給効率が向
上し、電力の出力低下を防ぐことができる。そして、単
セル１１内から排出される高温の空気排ガスは空気排ガ
ス集合室１３に集められた後、空気予熱器１６の内管１
６ａを通って、外管１６ｂ側の空気に熱を与えつつ冷却
されてスタック外に放出される。また、燃料ガス室１２
内から排出される高温の燃料排ガスはガス集合管１９を
通って燃料ガス予熱器１８の内管１８ａに集められ、こ
の内管１８ａを通過中に外管１８ｂ側の燃料ガスに熱を
与えつつ冷却されてスタック外に放出される。
【００１６】以上の場合において、空気予熱器１６と燃
料ガス予熱器１８とはその内管１６ａ，１８ａおよび外
管１６ｂ，１８ｂが伸縮容易なコルゲート管により構成
されているため、内管１６ａ，１８ａおよび外管１６
ｂ，１８ｂ間に温度の違いに起因して熱膨脹の差が生じ
ても、これ等の熱膨脹の差はコルゲート管によって充分
に吸収され、空気予熱器１６や燃料ガス予熱器１８に大
きな熱応力を生じさせない。また、コルゲート管は同径
で同じ長さの直管に比べてその表面積が大きいため、特
に熱交換が行われる空気予熱器１６と燃料ガス予熱器１
８の内管１６ａ，１８ａ側の伝熱面積を増大させること
ができ、その分この空気予熱器１６と燃料ガス予熱器１
８の吸熱量を増大させることができて、これ等の熱効率
の増大を図ることができる。さらに、その内面に凹凸の
あるコルゲート管は直管に比べて、内部に流れる流体の
乱れを大きくし、熱伝達率を大きくする作用を有してい
るため、その分空気予熱器１６および燃料ガス予熱器１
８の吸熱量を増大させることができ、これ等の熱効率の
増大を図ることができる。
料ガス予熱器１８とはその内管１６ａ，１８ａおよび外
管１６ｂ，１８ｂが伸縮容易なコルゲート管により構成
されているため、内管１６ａ，１８ａおよび外管１６
ｂ，１８ｂ間に温度の違いに起因して熱膨脹の差が生じ
ても、これ等の熱膨脹の差はコルゲート管によって充分
に吸収され、空気予熱器１６や燃料ガス予熱器１８に大
きな熱応力を生じさせない。また、コルゲート管は同径
で同じ長さの直管に比べてその表面積が大きいため、特
に熱交換が行われる空気予熱器１６と燃料ガス予熱器１
８の内管１６ａ，１８ａ側の伝熱面積を増大させること
ができ、その分この空気予熱器１６と燃料ガス予熱器１
８の吸熱量を増大させることができて、これ等の熱効率
の増大を図ることができる。さらに、その内面に凹凸の
あるコルゲート管は直管に比べて、内部に流れる流体の
乱れを大きくし、熱伝達率を大きくする作用を有してい
るため、その分空気予熱器１６および燃料ガス予熱器１
８の吸熱量を増大させることができ、これ等の熱効率の
増大を図ることができる。
【００１７】なお、この固体電解質型燃料電池スタック
において、単セル１１内方に燃料ガス流路ＧＦを設けて
これに燃料ガスを流し、単セル１１の外方に空気流路Ａ
Ｆを設けてこれに空気を流すようにしてもよい。また、
空気予熱器１６内の空気を燃料ガスで予熱し、燃料ガス
予熱器１８内の燃料ガスを空気排ガスで予熱するように
してもよい。
において、単セル１１内方に燃料ガス流路ＧＦを設けて
これに燃料ガスを流し、単セル１１の外方に空気流路Ａ
Ｆを設けてこれに空気を流すようにしてもよい。また、
空気予熱器１６内の空気を燃料ガスで予熱し、燃料ガス
予熱器１８内の燃料ガスを空気排ガスで予熱するように
してもよい。
【００１８】また、この実施例においては、内管と外管
との両方をコルゲート管とした場合について説明した
が、内管のみをコルゲート管としても、効果が得られ
る。
との両方をコルゲート管とした場合について説明した
が、内管のみをコルゲート管としても、効果が得られ
る。
【００１９】
【発明の効果】以上の説明から明らかなようにこの発明
によれば、発電前の空気もしくは燃料ガスがガス分配室
に一旦流入した後、各ガス通路から各電池の各閉塞端の
外面部に対して吹き付けられることによって、空気もし
くは燃料ガスが、各電池の外面を覆った状態で電池の長
さ方向に沿って流動し、電池の外面のほぼ全体に空気も
しくは燃料ガスが供給される。その結果、電極に対する
気体の供給の効率を向上させることができる。また、ス
タック内に備えられる２重管構造の空気予熱器および燃
料ガス予熱器の内管および外管のうち、少なくとも内管
をコルゲート管から構成しているため、温度差に基づい
て内管と外管間に熱膨脹差が生じても、コルゲート管が
伸縮するため、内管と外管間等に大きな熱応力は生じな
い。また、直管に比べコルゲート管の表面積が大きい
分、および直管に比べコルゲート管により流体の流れが
乱れる分、この空気予熱器および燃料ガス予熱器の吸熱
量の増大を図ることができ、熱効率の向上を図ることが
できる。
によれば、発電前の空気もしくは燃料ガスがガス分配室
に一旦流入した後、各ガス通路から各電池の各閉塞端の
外面部に対して吹き付けられることによって、空気もし
くは燃料ガスが、各電池の外面を覆った状態で電池の長
さ方向に沿って流動し、電池の外面のほぼ全体に空気も
しくは燃料ガスが供給される。その結果、電極に対する
気体の供給の効率を向上させることができる。また、ス
タック内に備えられる２重管構造の空気予熱器および燃
料ガス予熱器の内管および外管のうち、少なくとも内管
をコルゲート管から構成しているため、温度差に基づい
て内管と外管間に熱膨脹差が生じても、コルゲート管が
伸縮するため、内管と外管間等に大きな熱応力は生じな
い。また、直管に比べコルゲート管の表面積が大きい
分、および直管に比べコルゲート管により流体の流れが
乱れる分、この空気予熱器および燃料ガス予熱器の吸熱
量の増大を図ることができ、熱効率の向上を図ることが
できる。
【図１】この発明の一実施例である固体電解質型燃料電
池スタックの断面図である。
池スタックの断面図である。
【図２】問題点を有した固体電解質型燃料電池スタック
の断面図である。
の断面図である。
１１ 単セル １６ 空気予熱器 １６ａ 内管 １６ｂ 外管 １８ 燃料ガス予熱器 １８ａ 内管 １８ｂ 外管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 武憲 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式 会社フジクラ内 (56)参考文献 特開 平４−144069（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−100392（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−76853（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−13097（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−95464（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−162471（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (1)
- 【請求項１】 一端部が閉塞された筒状を成す固体電解
質を挟んで一方に空気電極が、他方に燃料電極がそれぞ
れ形成された電池を複数備えるとともに、この電池の一
方の空気電極側に流される空気と他方の燃料電極側に流
される燃料ガスとをそれぞれ予熱する、内管と外管とか
らなる二重管構造の空気予熱器と燃料ガス予熱器とを備
えた固体電解質型燃料電池スタックであって、前記空気
予熱器もしくは前記燃料ガス予熱器の二重管構造のうち
の発電前の空気もしくは燃料ガスを流す内管もしくは外
管と連通し、かつ複数の前記電池の各閉塞端と対向した
位置に前記空気もしくは前記燃料ガスを吹き出すための
ガス通路がそれぞれ設けられたガス分配室をさらに備え
るとともに、前記空気予熱器および燃料ガス予熱器は、
各内管と外管のうち少なくとも内管が断面波形のコルゲ
ート管で構成されていることを特徴とする固体電解質型
燃料電池スタック。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4329955A JP2916055B2 (ja) | 1992-11-16 | 1992-11-16 | 固体電解質型燃料電池スタック |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4329955A JP2916055B2 (ja) | 1992-11-16 | 1992-11-16 | 固体電解質型燃料電池スタック |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06163068A JPH06163068A (ja) | 1994-06-10 |
| JP2916055B2 true JP2916055B2 (ja) | 1999-07-05 |
Family
ID=18227139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4329955A Expired - Fee Related JP2916055B2 (ja) | 1992-11-16 | 1992-11-16 | 固体電解質型燃料電池スタック |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2916055B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7255157B2 (en) * | 2003-02-25 | 2007-08-14 | Delphi Technologies, Inc. | Heat exchanger for heating of fuel cell combustion air |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4884598B2 (ja) * | 2001-04-18 | 2012-02-29 | 三菱重工業株式会社 | カートリッジ構造 |
| MY195370A (en) * | 2017-03-28 | 2023-01-16 | Sumitomo Heavy Industries | Air preheater |
-
1992
- 1992-11-16 JP JP4329955A patent/JP2916055B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7255157B2 (en) * | 2003-02-25 | 2007-08-14 | Delphi Technologies, Inc. | Heat exchanger for heating of fuel cell combustion air |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06163068A (ja) | 1994-06-10 |
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Legal Events
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