JPH04121969A - Composite large capacity type gas header structure - Google Patents

Composite large capacity type gas header structure

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JPH04121969A
JPH04121969A JP2241108A JP24110890A JPH04121969A JP H04121969 A JPH04121969 A JP H04121969A JP 2241108 A JP2241108 A JP 2241108A JP 24110890 A JP24110890 A JP 24110890A JP H04121969 A JPH04121969 A JP H04121969A
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gas header
chambers
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Abstract

PURPOSE:To facilitate handling and assembling of a battery and at the same time making it compact by disposing a joining chamber between gas chambers located at both outer parts inside a gas header and forming the joining chamber in one body with the gas chambers at both outer parts. CONSTITUTION:Inside a cathode gas header 1, gas outlet chambers 2a, 2b into which gas flow from unit cells are disposed at both outer parts of a gas header. A joining chamber 3 is disposed between the gas chambers at both outer parts to couple the gas outlet chambers 2a, 2b at both outer parts. The gas outlet chambers 2a, 2b and the joining chamber 3 formed in one body by coupling have U-shape structure on one plane inside the cathode gas header 1. In order to form this U-shape structure, a frame plate 4 is disposed along the outer periphery of the gas header and a partition plate 5 is disposed inside the gas header, and they are respectively mounted on a base plate 11, and the inside of the U-shape structure is sealed so that gas does not leak to the outside.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池のガスヘッダーに係り、特にセルの大
面積化に有効な複合大容量型セルに好適なガスヘッダー
構造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a gas header for a fuel cell, and particularly to a gas header structure suitable for a composite large-capacity cell that is effective in increasing the area of the cell.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来燃料電池のガスヘッダーにおいて、−平面内に複数
の単位セルを有した複合大容量型セルのセル構造は、株
式会社日立製作所(以下日立という)独自のものである
In the conventional gas header of a fuel cell, the cell structure of a composite large-capacity cell having a plurality of unit cells in a plane is unique to Hitachi, Ltd. (hereinafter referred to as Hitachi).

従来日立では、第4図に示す、ガスヘッダー構造により
対応していた。図中の構造は、ガスヘッダー内で、ガス
室を中央部と両外部に分離し、その分離されたガス室の
内、両外部のガス室間を連結する連絡室と中央部のガス
室とか2層構造となっていた。尚、この種のガスヘッダ
ー構造として関連するものは、例えば、特願昭63−3
25122号か挙げられる。
Previously, Hitachi had responded with the gas header structure shown in Figure 4. The structure in the figure is that the gas chamber is separated into a central part and two external parts within the gas header, and within the separated gas chambers, there is a communication chamber that connects the two external gas chambers, and a gas chamber in the central part. It had a two-layer structure. Incidentally, related gas header structures of this type are disclosed, for example, in Japanese Patent Application No. 63-3.
No. 25122 may be mentioned.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術は、ガスヘッダー内部構造か2層及び3層
構造となっているため、この構造をそのまま、複合大容
量型セルのガスヘッダーとして適用すると、将来の大容
量化によるガス流量の増加にともない、ガス流路面積の
増加、特に、ガスヘッダー自体の厚さの増大という問題
かあった。又、ガスヘッダーの厚さの増大により、積層
後のスタック高さが高くなり、電池全体か大型化となる
問題があった。
The above conventional technology has a two-layer and three-layer internal structure of the gas header, so if this structure is applied as it is as a gas header for a composite large-capacity cell, it will be possible to increase the gas flow rate due to future large-capacity cells. At the same time, there was a problem of an increase in the area of the gas flow path, and in particular, an increase in the thickness of the gas header itself. Further, due to the increase in the thickness of the gas header, the height of the stack after lamination increases, resulting in a problem that the overall size of the battery increases.

本発明の目的は、ガスヘッダーの構造をさらに、簡素化
し、電池の取り扱い及び組立を容易にすることと共に、
スタックのコンパクト化を図れる複合大容量型ガスヘッ
ダー構造を提供することにある。
The purpose of the present invention is to further simplify the structure of the gas header and facilitate the handling and assembly of the battery.
The object of the present invention is to provide a composite large-capacity gas header structure that can make the stack more compact.

〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するため、本発明者らは種々検討を重ね
た結果、ガスヘッダー内のガス通路を同一平面上に配置
することにより、大型化による厚さ増大を防止てきるこ
とを知見し、本発明を完成するに至った。すなわち、本
発明はガスヘッダー内において、各単位セル内にガスを
供給するガス入口室と各単位セル内より排出されたガス
か流入して外部に排気するガス出口室の内で、ガスヘッ
ダー内の両外部に位置するガス室間に連結室を設け、両
外部のガス室と前記連結室とを一体化構造とするもので
ある。すなわち、ガスヘッダー内の一平面上で外側では
、U字型、又、中央部では、そのU字型構造の中央の空
間1字型を形成し、それらを同時密閉することで、それ
ぞれの前記ガス室を構成するものである。そして、この
構造は、ガスヘッダー内部が一層構造にて構成できるこ
とにしたものである。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present inventors have made various studies and found that by arranging the gas passages in the gas header on the same plane, the thickness can be increased due to the increase in size. The present invention was completed based on the discovery that this can be prevented. That is, in the gas header, the present invention provides a gas inlet chamber for supplying gas into each unit cell and a gas outlet chamber for inflowing gas discharged from each unit cell and exhausting it to the outside. A connecting chamber is provided between the gas chambers located on both external sides of the gas chamber, and both external gas chambers and the connecting chamber have an integrated structure. That is, on one plane inside the gas header, the outer side is U-shaped, and the central part forms a space 1-shaped in the center of the U-shaped structure, and by simultaneously sealing them, each of the above-mentioned It constitutes a gas chamber. In this structure, the inside of the gas header can be constructed with a single-layer structure.

さらに、本発明ガスヘッダー構造に、ガス供給配管及び
ガス排気配管及び単位セル内にガスを供給、排気するだ
めのマニホールドをそれぞれ設けることによって、カソ
ード、アノード共同−内部構造のガスヘッダーにて形成
できることにしたものである。
Furthermore, by providing the gas header structure of the present invention with gas supply piping, gas exhaust piping, and manifolds for supplying and exhausting gas into the unit cells, it is possible to form a gas header with a common cathode and anode internal structure. This is what I did.

〔作 用〕[For production]

本発明のガスヘッダー内部は、両外部のガス流入部と中
央部のガス流入部に、異種ガス(発電前と発電後のガス
)が流入できることにしたものである。そのため、アノ
ード側のガスである燃料ガス及びカソード側のガスであ
る酸化剤ガスは、それぞれのガスヘッダー内にて、ガス
供給配管からガス入口室に流入する。流入したガスは、
各ガス供給マニホールドから各単位セル内に供給され、
各単位セル内にて発電に使用される。その後、排気マニ
ホールドから各出口室に流入されて、本構造内流路に従
って排気される。
Inside the gas header of the present invention, different gases (gas before and after power generation) can flow into both external gas inflow sections and the central gas inflow section. Therefore, the fuel gas, which is the gas on the anode side, and the oxidant gas, which is the gas on the cathode side, flow into the gas inlet chamber from the gas supply pipes in the respective gas headers. The inflowing gas is
Supplied from each gas supply manifold into each unit cell,
Used for power generation within each unit cell. Thereafter, it flows into each outlet chamber from the exhaust manifold and is exhausted according to the flow path within the structure.

本発明のガスヘッダー内のガス流入部構造にすることに
より、ガスヘッダー自体の構造が単純化でき、電池取扱
いが容易になる。又、それぞれのガス流入部を隣り合せ
、−層構造で形成できるので積層スタック高さが低減さ
れ、電池全体がコンパクト化できる。
By adopting the structure of the gas inlet in the gas header of the present invention, the structure of the gas header itself can be simplified and the handling of the battery can be facilitated. Furthermore, since the respective gas inflow portions can be arranged next to each other and formed in a layered structure, the height of the stack can be reduced, and the entire battery can be made more compact.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図より説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

第1図は、本発明のカソードガスヘッダーの斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view of the cathode gas header of the present invention.

カソードヘッダーl内において、ガスヘッダー両外部に
単位セルからガスか流入されるガス出口室2a、2bが
設けられている。その両外部のガス室間に連結室3を設
けて両外部のガス出口室2a、2bとを連結する。この
連結−磁化されたガス出口室2a、2bと連結室3は、
カソードガスヘッダーl内の一平面上でU字型の構造と
なる。
In the cathode header l, gas outlet chambers 2a and 2b into which gas flows from the unit cells are provided on both sides of the gas header. A connecting chamber 3 is provided between the two external gas chambers to connect the two external gas outlet chambers 2a and 2b. This connection-magnetized gas outlet chambers 2a, 2b and connection chamber 3 are
A U-shaped structure is formed on one plane within the cathode gas header l.

このU字型の構造を形成するため、ガスヘッダー外周部
に枠板4と内側には、仕切板5を設け、それぞれ、基板
11上に取付けて、そのU字型内をガスが外部に漏洩し
ない様密閉する。一方、カソードガスヘッダー1内の中
央部のガス室は、前記U字型中央の空間を同時密閉する
ことにより、ガス入口室6が形成される。又、このカソ
ードガスヘッダーl内、特に、各ガス室内の補強をする
ため、補強リブ7a、7bか設けている。この補強リブ
7a、7bには、各ガス室のガス流路面積を確保するた
めに、複数の穴か加工されている。又、中央のガス入口
室6内には、ガス流れを整えるため、ガス流れ方向に対
し直角方向に複数の穴を有した整流リブ8を設け、枠板
4との空間に整流室9を設ける。
In order to form this U-shaped structure, a frame plate 4 is provided on the outer periphery of the gas header, and a partition plate 5 is provided on the inner side, and each is mounted on a substrate 11, so that gas leaks outside through the U-shape. Seal it tightly to prevent it from happening. On the other hand, in the central gas chamber in the cathode gas header 1, a gas inlet chamber 6 is formed by simultaneously sealing the U-shaped central space. Further, reinforcing ribs 7a and 7b are provided to reinforce the inside of this cathode gas header l, especially inside each gas chamber. A plurality of holes are formed in the reinforcing ribs 7a and 7b in order to ensure the gas flow path area of each gas chamber. Furthermore, in order to regulate the gas flow, a rectifying rib 8 having a plurality of holes in a direction perpendicular to the gas flow direction is provided in the central gas inlet chamber 6, and a rectifying chamber 9 is provided in the space between the gas inlet chamber 6 and the frame plate 4. .

前記のカソードガスヘッダー1内の前記各ガス室と連結
室3上面及び外周部の枠板4上に、それぞれの室を密閉
するための蓋板to a 、 10 bを設置する。そ
して、その蓋板10a、 10b及び基板11上に各単
位セル内へのガス供給マニホールド12及び各単位セル
内からのガス排気マニホールド13をそれぞれ設ける。
Cover plates toa and 10b are installed on the upper surface and outer peripheral portion of each gas chamber and the connecting chamber 3 in the cathode gas header 1, and on the frame plate 4 on the outer periphery thereof, for sealing the respective chambers. A gas supply manifold 12 to each unit cell and a gas exhaust manifold 13 from each unit cell are provided on the cover plates 10a, 10b and the substrate 11, respectively.

又、ガス室へガスを供給するためのガス供給配管14と
ガス室からガスを電池外部へ排気するためのガス排気配
管15を、前者は、ガス入口室部に、後者は、連結室部
に接続することにより、カソードガスヘッダー構造が形
成される。
Further, a gas supply pipe 14 for supplying gas to the gas chamber and a gas exhaust pipe 15 for discharging gas from the gas chamber to the outside of the battery are connected, the former to the gas inlet chamber and the latter to the connection chamber. The connection forms a cathode gas header structure.

第2図は、本発明のアノードガスヘッダーの斜視図であ
る。
FIG. 2 is a perspective view of the anode gas header of the present invention.

アノードガスヘッダー16内においては、ガスヘッダー
両外部のガス室をガス入口室17a、 17bとし、中
央のガス室をガス出口室18とし、又、基板上11にガ
ス供給マニホールド12とガス排気マニホールド13を
それぞれ設ける。(蓋板10a、10b、上には設けな
い)このことにより、前記カソードガスヘッダー構造(
第1図、1)と同一内部構造により形成できる。
In the anode gas header 16, the gas chambers on both sides of the gas header are gas inlet chambers 17a and 17b, the central gas chamber is a gas outlet chamber 18, and a gas supply manifold 12 and a gas exhaust manifold 13 are provided on the substrate 11. are provided respectively. (It is not provided on the lid plates 10a, 10b.) As a result, the cathode gas header structure (
It can be formed with the same internal structure as FIG. 1, 1).

以上のカソード、アノードガスヘッダー構造内のガス流
れについて、第1図、第2図により説明する。まず、第
1図のカソードガスヘッダー内においては、カソード側
のガスである反応前の酸化剤ガスXは、ガス供給配管1
4からガス整流室9に入り、その整流室の整流リブ8に
おいてガスは、均等化され、中央のガス入口室に送られ
る。ガス入口室6に送られた酸化剤ガスXは、ガス入口
室部の蓋板10bと基板11に設けであるガス供給マニ
ホールド12を通り、ガスヘッダー上、下方向にガスが
流出し、各単位セル内に供給される。
The gas flow within the cathode and anode gas header structures described above will be explained with reference to FIGS. 1 and 2. First, in the cathode gas header shown in FIG.
4 into a gas baffle chamber 9, the gas is equalized at the baffle ribs 8 of the baffle chamber and sent to the central gas inlet chamber. The oxidizing gas X sent to the gas inlet chamber 6 passes through the gas supply manifold 12 provided on the cover plate 10b and the substrate 11 of the gas inlet chamber, and flows out upward and downward into the gas header, and the gas flows out into each unit. Supplied within the cell.

そして、各単位セル内において、反応して排気されてき
た、反応後の酸化剤ガスX′は、ガスヘッダー両外部の
排気マニホールドを通り、両外部の出口ガス室2a、2
bに分散される。この分散されたガスは、ガス出口室2
a、2b及びその内部に設けられた補強リブの穴を通り
ながら連結室3へと集められ、その連結室3からガス排
気配管15により外部に排出される。
The reacted oxidizing gas X' that has been reacted and exhausted in each unit cell passes through the exhaust manifolds on both sides of the gas header, and passes through the outlet gas chambers 2a and 2 on both sides of the gas header.
b. This dispersed gas is transferred to the gas outlet chamber 2
a, 2b and the holes in the reinforcing ribs provided therein, the gas is collected into the connecting chamber 3, and is discharged from the connecting chamber 3 to the outside through the gas exhaust pipe 15.

次に、第2図のアノードガスヘッダー内においてアノー
ド側のガスである燃料ガス(発電前の燃料ガスyと発電
後の燃料ガスy’ )は、前記のカソードガスヘッダー
内のガス流れ(第1図)とまったく逆の流れとなってい
る。しかし、ガス供給マニホールド12とガス排気マニ
ホールド13が基板11側のみ加工されているため、そ
の方向に従って供給、排気される。
Next, the fuel gas (fuel gas y before power generation and fuel gas y' after power generation), which is the gas on the anode side in the anode gas header shown in FIG. The flow is completely opposite to that shown in Figure). However, since the gas supply manifold 12 and the gas exhaust manifold 13 are processed only on the substrate 11 side, the gas is supplied and exhausted in that direction.

次に、前記内部構造及びガス流れを有した、カソード、
アノードガスヘッダーをセルスタック間に積層した、セ
ルスタック積層構造を第3図に示す。本図中に示した、
各単位セル内の酸化剤ガスXe及び燃料ガスycのガス
流れ方向となる複合大容量型セルに対し、本発明のガス
ヘッダーをセル内に積層することにより、複合大容量型
セルの中間ヘッダ一方式をとることかできる。
Next, a cathode having the internal structure and gas flow;
FIG. 3 shows a cell stack stack structure in which an anode gas header is stacked between cell stacks. Shown in this figure,
By stacking the gas header of the present invention in the composite large-capacity cell in which the gas flow direction of the oxidant gas Xe and fuel gas yc in each unit cell exists, the intermediate header of the composite large-capacity cell can be stacked. It is possible to take a method.

この積層構造にすることて、将来の大容量化にともない
高積層化が図れ、高出力を得ることができる。
By adopting this laminated structure, it is possible to increase the lamination density and obtain high output as the capacity increases in the future.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明のガスヘッダー構造によれば、ガスヘッダー内の
両外部のガス室と連結室とを一体構造とし、又、中央部
のガス室とを密閉することにより、それぞれのガス室に
異種ガスを流入することができる。そして、前記のガス
室は、それぞれ、ガスヘッダー内で隣り合う位置とする
ことで、ガスヘッダー内が一層構造で形成でき、さらに
、それぞれのガス室上に各ガス供給、排気マニホールド
及びガス供給、排気配管を設けて、各単位セル内へのガ
ス供給、排気ができるため、ガスヘッダー自体の構造の
単純化且つコンパクト化できると共に、電池の取扱いや
その組立も簡単化できるという効果がある。
According to the gas header structure of the present invention, the two external gas chambers and the connection chamber in the gas header are integrated, and the central gas chamber is sealed, thereby allowing different gases to enter each gas chamber. can flow in. By arranging the gas chambers adjacent to each other in the gas header, the gas header can be formed with a single-layer structure, and each gas supply, exhaust manifold, and gas supply are arranged on each gas chamber. Since exhaust piping is provided to supply and exhaust gas into each unit cell, the structure of the gas header itself can be simplified and made more compact, and the handling and assembly of the battery can also be simplified.

また、本構造のガスヘッダーを用いて、複合大容量型セ
ルの積層スタック構造が、中間ヘッダー方式をとること
ができるのて、将来のセルの大面積化及び高積層化にと
もない、電池の高出力化か図れるという効果もある。
In addition, by using the gas header of this structure, the laminated stack structure of composite large-capacity cells can adopt an intermediate header method, which will allow batteries to increase in size as cells become larger and more stacked in the future. It also has the effect of being able to produce output.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はカソードガスヘッダー斜視図、第2図はアノー
ドガスヘッダー斜視図、第3図・・・セルスタック積層
構造図、第4図・・・従来のガスヘッダー構造図である
。 1・・・カソードガスヘッダー、2a、2b・・・カソ
ード出口室、3・・・連結室、4・・・枠板、5・・・
仕切板、6・・・カソード入口室、7a、7b・・・補
強リブ、8・・・整流リブ、9・・・整流室、10a、
 10b・・・蓋板、11・・・基板、12・・・ガス
供給マニホールド、13・・・ガス排気マニホールド、
14・・・ガス供給配管、15・・・ガス排気配管、1
6・・・アノードガスヘッダー、17a、 17b・・
・アノード入口室、18・・・アノード出口室、X・・
・発電前の酸化剤ガス、X′・・・発電後の酸化剤ガス
、y・・・発電前の燃料ガス、yo・・・発電後の燃料
ガス、x。 ・・・セル内の酸化剤ガス、 3’c ・・・セル内の燃料 ガス。
FIG. 1 is a perspective view of a cathode gas header, FIG. 2 is a perspective view of an anode gas header, FIG. 3 is a diagram of a cell stack stack structure, and FIG. 4 is a diagram of a conventional gas header structure. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Cathode gas header, 2a, 2b... Cathode outlet chamber, 3... Connection chamber, 4... Frame plate, 5...
Partition plate, 6... Cathode inlet chamber, 7a, 7b... Reinforcement rib, 8... Rectifying rib, 9... Rectifying chamber, 10a,
10b... Lid plate, 11... Board, 12... Gas supply manifold, 13... Gas exhaust manifold,
14... Gas supply piping, 15... Gas exhaust piping, 1
6...Anode gas header, 17a, 17b...
・Anode inlet chamber, 18... Anode outlet chamber, X...
- Oxidizing gas before power generation, X'...Oxidizing gas after power generation, y...Fuel gas before power generation, yo...Fuel gas after power generation, x. ... Oxidizing gas in the cell, 3'c ... Fuel gas in the cell.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、単位セル内にガスを供給し且つ排気するガス室を有
する燃料電池のガスヘッダーにおいて、前記ガス室の内
、ガスヘッダー内の両外部のガス室間に連結室を設けて
一体化することで、ガスヘッダー平面上でU字型を形成
し、又、そのU字型の中央の空間を利用しガス室を形成
し、さらに、その各ガス室を仕切板を介して隣り合った
位置で、ガスヘッダー内部構造が形成されていることを
特徴とする複合大容量型ガスヘッダー構造。 2、各ガス室上に、各単位セルへガスを供給、排気する
ためのマニホールドを設け、又、各ガス室へガスを供給
、排気するための配管を前記連結室及び中央のガス室へ
配設することにより、各単位セル内へのガスの供給、排
気を可能とした請求項1記載の複合大容量型ガスヘッダ
ー構造。 3、特許請求範囲1と2項のガスヘッダーにおいて、各
単位セルのガス流れ方向に対応可能なアノード、カソー
ドガスヘッダー共、同一内部構造に形成した請求項1ま
たは2記載の複合大容量型ガスヘッダー構造。
[Scope of Claims] 1. In a gas header for a fuel cell having a gas chamber for supplying and exhausting gas into a unit cell, a connecting chamber is provided between the gas chamber and both external gas chambers in the gas header. By installing and integrating the gas header, a U-shape is formed on the plane of the gas header, a gas chamber is formed using the space in the center of the U-shape, and each gas chamber is separated by a partition plate. A composite large-capacity gas header structure characterized by the internal structure of the gas header being formed in adjacent positions. 2. A manifold for supplying and exhausting gas to each unit cell is provided above each gas chamber, and piping for supplying and exhausting gas to each gas chamber is arranged to the connection chamber and the central gas chamber. 2. The composite large-capacity gas header structure according to claim 1, wherein gas can be supplied to and exhausted from each unit cell by providing the gas header structure. 3. The composite large-capacity gas header according to claim 1 or 2, wherein in the gas header according to claims 1 and 2, both the anode and cathode gas headers that can correspond to the gas flow direction of each unit cell are formed into the same internal structure. Header structure.
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