JPH04124752U - 燃料電池の配管構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価にそして広いガス流量範囲で均一に各基
本モジュールスタックに分配できることを目的とする。 【構成】 基本モジュールスタック１、２を複数個有す
る燃料電池において、ガス供給系につながった一本のガ
ス供給本管１５と、各基本モジュールスタック１、２に
連結された個別ガス供給管１２、１３との間に、分流管
１４を設けたことを特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、燃料電池に関し、詳しくは基本モジュールスタックを複数個有する 燃料電池の配管構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

燃料電池は燃料ガスと酸化剤ガスを利用し、直接電気と熱を発生する、クリー ンで高効率な発電システムとして各方向で研究開発が進められている。現在１ス タックの出力は数１０〜数１００ｋＷしかなく、商用電力発電に必要なＭＷ級シ ステムには、複数スタックを結合し高出力を図る必要がある。

【０００３】 図５は、そのような基本モジュールスタック４２、４３が複数個積層された燃 料電池を示している。この図に示したように従来は、供給されたガスは一本のガ ス供給管４１から各基本モジュールスタック４２、４３に分岐して供給されてお り、基本モジュールスタック４３の入口側に圧力損失でガスの流量を制御するオ リフィス４４を設けた。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、上記オリフィスを設けた構成では、ある流量においては、有効であ るが、供給されるガスの流量が変化した場合、オリフィスの差圧による流量分配 は狭い流量範囲にしか効果がなく、ガスの分配を均一に行うのは困難であった。 また、どんな流量に対しても各基本モジュールスタックに均一にガス供給する構 成としてはスタック毎に独立したガス供給系を設ければよいが、これでは設備コ ストが高くつくという問題が生じる。

【０００５】 本考案は、上記問題を解決するためになされたものであり、独立したガス供給 系を設けることなく、広い範囲において供給されたガスが均一に各モジュールス タックに分配できる燃料電池の配管構造を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案は基本モジュールスタックを複数個有する 燃料電池において、ガス供給系につながった一本のガス供給本管と各基本モジュ ールスタックに連結された個別ガス供給管との間に分流管を設けたことを特徴と する。

【０００７】

【作用】

複数の基本モジュールスタックを有する燃料電池において、ガス供給系につな がった一本のガス供給本管に分流管を備えることにより、個別ガス供給管の長さ の差が大きかったとしても、ガス分流管内のガス分流点から各基本モジュールス タックまでの距離の比が１に近づき、ガス供給管の長さに起因した圧力損失の差 が小さくなって、各スタック間でガスが均一に供給されるようになる。

【０００８】

【実施例】

（第一実施例） 本考案の第一実施例を図面に沿って説明する。先ず図１は、本考案の燃料電池 の全体図である。 基本モジュールスタック１、２は、一対のエンドプレート３の間に例えば、作 用面積が２４００ｃｍ² （４０ｃｍ×６０ｃｍ）のセルを２０個（図面上では５ セルしか示していない）積層されたものからなっている。この基本モジュールス タック１、２は、二枚の絶縁板４によって両面から挟まれたヒータ板５を間に介 在させて積層されている。基本モジュールスタック１、２のもう一方の面には、 それぞれ絶縁板６、ヒータ板７、断熱材８、が積層されており、これを締付け板 ９によって上下から締めつけた構造をしている。更に、各基本モジュールスタッ ク１、２のガス供給及びガス排出口にはマニホールド１０、１１が設けられてい る。図１では、アノード側のみを図示したが紙面に垂直な方向からカソード側配 管がなされている。ガス供給側のマニホールド１０には、個別ガス供給管１２、 １３が連結されており、その先にガス分流管１４が設けられ、更にこのガス分流 管１４が、ガス供給系（図示せず）につながったガス供給本管１５に連結されて いる。一方ガス排出側のマニホールド１１はガス排出管１６と連結されている。

【０００９】 上記ガス分流管１４は、円錐部１４ａと大径の円筒部１４ｂとからなり、円筒 部１４ｂ内には分流板１４ｃが設けられている。前記円錐部１４ａの小径側口部 がガス供給本管１５に接続され、円筒部１４ｂの端部が個別ガス供給管１２、１ ３に接続されている。前記分流板１４ｃは、ガス供給本管１５から供給されるガ スを流速分布によりガス分配を行うものである。そして、この分流板１４ｃの長 さＬは、個別ガス供給管１２、１３の長さの差に起因する圧力損失の差を解消す るため適度の長さが必要である。

【００１０】 上記構成により、個別ガス供給管１２、１３の長さの差があったとしても、ガ ス分流管１４を設けることにより、個別ガス供給管１２、１３の長さの差に起因 した圧力損失の差が小さくなり、各基本モジュールスタック１、２に均一にガス が供給される。 （第二実施例） 〔実施例〕 次ぎに、本考案の他の実施例を図２、３に基づいて説明する。

【００１１】 図２は燃料電池本体でを示す図であり、この電池は基本的には上記実施例と同 様の構成をしているが、各基本モジュールスタックの排気配管の内壁に複数のバ イメタル片２１が固定端２１ａで止着した状態で設けられている。バイメタル片 は、図３に示されるように長方形か、図４のように三角形のものを用いることが できる。長方形のバイメタル片を用いる場合は、密に配置するとそりが起こった ときおたがいのバイメタル片がぶつかりあってしまうので、隙間を開けて配列さ せている。一方、三角形のバイメタル片は、そのようなことが起こらないので密 に配列されている。バイメタル片２１の材質は、アルテンサイト系ＳＵＳとフェ ライト系ＳＵＳを用いることができる。熱膨張率の大きい方の金属は、配管材料 と同程度の熱膨張率を有しており、膨張密度の大きい方が排気配管の内壁に面す るように固定する。 〔比較例１〕 図６に示すように、ガス分流管を設けず、バイメタル片を排気配管内に設けた 以外は、第一実施例と同様の燃料電池を作成した。以下、この燃料電池を燃料電 池Ａ₁ と称する。 〔比較例２〕 図７に示すようにバイメタル片を設けない以外は、比較例１と同様の燃料電池 を作成した。以下、この燃料電池を燃料電池Ｂ₁ と称する。 〔実験〕 上記比較例燃料電池Ａ₁ 、Ｂ₁ を用いて、バイメタル片の効果を調べるため以 下の測定を行った。

【００１２】 比較例燃料電池Ａ₁ 、Ｂ₁ のガス利用率４０％及び７５％における各基本モジ ュールスタックの排気ガスの組成分析をガスクロマトグラフにより行ない、真の ガス利用率測定を行ない上下スタックのガス分配を測定した。その結果が下記表 １に示されている。

【００１３】

【表１】

【００１４】 燃料電池Ａ₁ のガス分配比はほぼ１：１であり、燃料電池Ｂ₁ と比較してみ て良好な結果が得られた。 このバイメタル片２１は、次のようにしてガス流量を均一化する。電池反応に よって発生した熱が供給ガス量によって取りさられ下流に位置する排気配管の温 度が上昇する。このため、供給ガス量の多いスタックの排気配管の温度の方が供 給ガス量の少ないスタックより温度は、高くなる。そうすると、供給ガス量の多 い排気配管内壁に設けたバイメタル片の方が供給ガス量の少ない排気管内のバイ メタル片よりそり角が大きくなり、排気抵抗が増大し供給ガス量を減少させる。 そして最終的には排気温が等しくなり、ガス分配が均一に成るものと考えられる 。

【００１５】

【考案の効果】

本考案は、複数の基本モジュールスタックを有する燃料電池において、ガス供 給本管と個別ガス供給管の間に分流管を備えることにより、個別ガス供給管の長 さに差があったとしても、ガス分流管内のガス分流点から各基本モジュールスタ ックまでの距離がほぼ等しくなり、距離に起因する圧力損失の差を押さえること ができた。これにより、独立したガス供給系を設けることなく、広い範囲におい て供給されたガスを均一に各モジュールスタックに分配できる安価な燃料電池の 配管構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案燃料電池の配管構造を示す図である。

【図２】本考案燃料電池の他の実施例を示す図である。

【図３】長方形のバイメタル片の設置構造を示す図であ
る。

【図４】三角形のバイメタル片の設置構造を示す図であ
る。

【図５】従来の燃料電池の配管構造を示す図である。

【図６】バイメタル片を設けた燃料電池の配管構造を示
す図である。

【図７】バイメタル片を設けない燃料電池の配管構造を
示す図である。

【符号の説明】

１ 基本モジュールスタック ２ 基本モジュールスタック １２ 個別ガス供給管 １３ 個別ガス供給管 １４ ガス分流管 １５ ガス供給本管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 横 山 憲 二 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のセルが積層された構造の基本モジ
   ュールスタックを複数個有する燃料電池において、ガス
   供給系につながった一本のガス供給本管と各基本モジュ
   ールスタックに連結された個別ガス供給管との間に分流
   管を設けたことを特徴とする燃料電池の配管構造。