JPH041655Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の属する技術分野〕 本考案は燃料電池、特に反応ガスによるセルス
タツク内の電気化学反応に伴い、反応ガス中に飛
散する電解液を補集する燃料電池の飛散電解液補
集装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

電解質層を挟持して燃料電極と酸化剤電極とを
配し、さらに両電極の外側にそれぞれ反応ガスと
しての水素のような燃料ガスと空気のような酸化
剤ガスとを供給するプレートを配してなる単位電
池を多数積層してセルスタツクを構成する燃料電
池においては、発電中電解液が蒸散し、生成され
る水とともに反応ガスに運ばれて燃料電池の配管
などの構成材料に付着して、これらを腐食させ
る。以下図面に基づいて従来技術について説明す
る。

第４図はりん酸形燃料電池の単位電池の一例を
示す斜視図である。第４図においてりん酸電解液
を保持したマトリツクス１の両側に燃料電極２お
よび酸化剤電極３を配設して単位電池１０を構成
している。この単位電池の両側にはガス不拡散性
のセパレートプレート４を配設している。セパレ
ートプレート４の一方の面には燃料ガスの流路と
なる溝４ａを設け、他方の面には溝４ａの方向と
直交する方向に設けた酸化剤ガスの流路となる溝
４ｂを設けている。そして燃料電極２はセパレー
トプレート４の溝４ａに接し、一方酸化剤電極３
はセパレートプレート４の溝４ｂに接するように
配設されている。反応ガスとしての燃料ガスを溝
４ａに通流し、また酸化剤ガスを溝４ｂに通流す
ることにより両電極に反応ガスを供給し、単位電
池における電気化学反応により電気を発生する。

第５図は上述の単位電池からなるものを多数積
層してセルスタツクとした燃料電池の部分分解斜
視図である。第５図においてセルスタツク５はそ
の上部に図示しない集電板および絶縁板を介して
エンドプレート６を、下部に同様に集電板７およ
び絶縁板８を介して架台９に取付けられ、スタツ
クケース１９の内に収納されている。

反応ガスとしての燃料ガスのマニホールドはセ
ルスタツクを貫通して燃料ガス通路溝の前後に孔
を設け、それぞれ供給用マニホールドおよび排出
用マニホールドとしている。そして供給用マニホ
ールドを入口管１１に接続し、エンドプレート６
に設けられた排出マニホールドの出口端６ａをス
タツクケース１９内に配管１１ｂを配設して出口
管１１ａに接続している。仕切板１２はスタツク
ケース１９とセルスタツク５との中央部を仕切
り、セルスタツク５の上部とスタツクケース１９
との空間も図示しない仕切りにより二分し、空気
の供給用マニホールド１３、排出用マニホールド
１３ａを形成している。供給用マニホールド１３
は入口ダクト１４に、排出用マニホールド１３ａ
は出口ダクト１４ａに接続されている。

したがつて燃料ガスは入口管１１から矢印のよ
うに図示しないセルスタツク内の供給マニホール
ドに入り、燃料電極に燃料ガスを供給し、排出マ
ニホールドを経て出口端６ａから矢印の方向に配
管１１ｂ内を通流し、出口管１１ａから排出され
る。一方酸化剤ガスとしての空気は入口ダクト１
４から入り、矢印の方向に流れて供給用マニホー
ルド１３から酸化剤電極に酸化剤ガスである空気
を供給し、排出用マニホールド１３ａを介して出
口ダクト１４ａから排出する。そして反応ガスは
セルスタツク内の単位電池内で電気化学反応をし
て電気を発生し、集電板より外部にとりだす。

上記の電気化学反応において空気側の酸化剤電
極では水が生成される。しかし燃料電池の運転温
度が200℃程度の高温であるため、生成された水
は蒸発して水蒸気となり、反応ガスである空気と
ともに燃料電池外に排出される。そして空気側の
酸化剤電極に近いマトリツクスに含まれるりん酸
は生成された水に溶け、このりん酸液も蒸気とな
つて微量づつ飛散し、燃料電池内を流れて外部に
排出される。

したがつてこのようなりん酸を含んだ湿つた空
気は排出マニホールド１３ａ内に充満し、長時間
の発電経過とともに徐々に内壁全体に付着する。
その結果として発電体の絶縁板８の表面より大地
へ地絡電流が流れる。また電気計測系機器、配線
の表面にもりん酸液が付着し、腐食等を起こし誤
計測を行ない、場合により発電プラントの地絡事
故、または誤計測による発電プラントの非常停止
につながる恐れがある。また飛散したりん酸液は
燃料電池の構成材料、例えば配管、制御弁、送風
機の軸受、フランジシール部等に付着して腐食を
起こさせ、燃料電池の寿命が短かくなるという欠
点がある。

〔考案の目的〕

本考案は上述のような欠点に鑑み、電気化学反
応により生じた飛散電解液を含んだ反応ガス中の
電解液を補集する燃料電池の飛散電解液補集装置
を提供することを目的とする。

〔考案の要旨〕

上記の目的は、本考案によれば燃料電極と酸化
剤電極と該両電極に挟持されたマトリツクスとを
有し、該マトリツクスに燐酸電解液を含浸した単
位セルを所定数積層してなるセルスタツクと、燃
料ガスと酸化剤ガスの供給、排出用のマニホール
ドとを備えた燃料電池において、前記酸化剤ガス
の排出用マニホールド内の前記セルスタツク近傍
にカートリツジ式の電解液補集装置を設け、該電
解液補集装置は壁面に燐酸吸着材を有する屈曲板
と、前記吸着材への電解液の付着状態を監視する
ための測定装置とを備え、前記屈曲板は所定間隔
をおいて多数配置され隣接する前記屈曲板間を前
記酸化剤ガスが流れるようにして成ることにより
達成される。

〔考案の実施例〕

以下図面に基づいて本考案の実施例を説明す
る。第１図は本考案の実施例による補集装置にお
ける補集体の断面図である。なお、第１図ないし
第３図るおいて第４図、第５図と同一部分には同
じ符合を付している。第１図において符合２１は
補集体の側板であり、側板２１に補集板２０を隙
間約２mm程度にして多数段設け、流路２５を多数
設けている。補集板２０はその両側に吸着材取付
横板２２，２２ａを配しその距離を300mm程度と
し、そして横板２２，２２ａには反応ガスの通流
を屈曲させる曲線状の形状を有する吸着材素子２
３を取付ける。そして素子２３の両側に吸着材２
４、例えばポリテトラフルオロエチレン樹脂の綿
状のものをエポキシ樹脂により素子２３に接着
し、吸着材２４で構成される流路の面も曲線状に
している。

飛散した電解液を含む反応ガス、例えばりん酸
形燃料電池におけるりん酸液を含んだ空気が矢印
の方向に流れると、空気流量の多少により流れ方
は異なる。第１図における矢印Ａの流れは流量が
多い場合であり、流れは多数施回しながら流れて
周囲の吸着材２４に十分接触しながら流れる。矢
印Ｃの流れは流量が少ない場合であるが、流れが
直進しても流路が曲線であるため、流れは吸着材
２４にあたりながら流れは屈曲して補集板２０か
らなる流路を流出する。矢印Ｂの流れは前記矢印
ＡとＣとの流れの中間の流量であり、流れは流路
内にて乱れて吸着物の表面に接触し、その接触割
合は矢印ＡとＣとの流れの中間になる。いづれに
しろ補集板の流路を曲線状にすることにより、ガ
スの流れは屈曲させられて吸着材に十分に接触
し、ガス中に飛散する電解液を吸着材にて補集す
ることができる。

なお吸着材は電解液の付着状態を監視するため
の測定装置を備えており、電気抵抗測定端子２６
を吸着材２４の中に埋設している。したがつてこ
の測定端子の抵抗を測定することにより吸着材２
４に付着した電解液の量を推定することができ
る。このためこの測定値の監視により補集体を交
換する時期がわかる。

第２図は本考案の実施例による補集装置の正面
図である。第２図において補集装置３０は補集板
２０を多段に積み上げて構成され、補集板２０の
両側部を側板２１により、そして上部と下部を交
換フツク１５ａが取付けられた支持枠１５により
固定している。したがつてガスの流路は各補集板
２０の隙間２５を通流し、補集体２０において前
述の原理により飛散電解液を補集する。なお電気
抵抗測定端子２６ａが補集装置の側板２１に設け
られ、この測定端子２６ａより外部に取出して電
解液の付着状態を監視する構造としている。

第３図は本考案の実施例を示す断面図である。
第３図においてセルスタツク５を絶縁板８を介し
て架台９にスタツド９ａにより締付けて据付けら
れた燃料電池は従来技術の項で説明した第５図の
ものと同じである。したがつて前述のようにスタ
ツクケース１９とセルスタツク５との上部空間は
仕切板１２により、側部空間は図示しない仕切板
により二分されており、各空間は酸化剤ガスとし
ての空気の供給マニホールド１３と排出マニホー
ルド１３ａを形成し、それぞれ入口ダクト１４、
出口ダクト１４ａに接続している。一方燃料ガス
の供給、排出マニホールドを第５図で説明したよ
うにセルスタツク５内に配設し、それぞれ入口管
１１および出口管１１ａに接続している。

カートリツジ式の電解液補集装置３０は空気の
排出マニホールド１３ａに設けられたガイド２７
に沿つてマニホールド内のセルスタツク近傍に挿
入され、蓋２８により抑えられてパツキン２８
ａ、およびＯリングパツキン２８ｂを介して補集
装置３０を締付けている。またセルスタツクから
流出する空気の流れを導くガイド板２９を補集装
置３０とセルスタツク５との間に設けている。な
お、蓋２８には電解液の付着した状態を監視する
電気抵抗測定端子２６の取出端子２６ｂを設けて
いる。

燃料電池の運転により燃料ガスは入口管１１か
らセルスタツク内のマニホールドを介して燃料電
極に燃料ガスを供給し、セルスタツク内の排出マ
ニホールドに集められて出口管１１ａから排出さ
れる。一方酸化剤ガスである空気は入口ダクト１
４から入り、供給マニホールド１３から矢印の方
向に流れてセルスタツク内の酸化剤電極に空気を
供給し、セルスタツクを流出する空気はガイド板
２９に沿つて矢印の方向に補集装置３０に流れこ
み、この装置を通過した空気は排出マニホールド
１３ａに集められ、出口ダクト１４ａから排出さ
れる。この際、セルスタツクを流出する空気にセ
ルスタツク内の電気化学反応により蒸発、飛散し
て混在する電解液を補集装置３０の吸着材２４に
より前述の原理により補集することができる。

なお電気抵抗測定端子２６の電気抵抗により電
解液が所定限界値を超えて補集装置への付着が判
明した場合は蓋２８を取外し、交換フツク１５ａ
により吊上げて取り出して電解液を除去したり、
場合により予備の補集装置を挿入することができ
る。

〔考案の効果〕

以上の説明から明らかなように本考案によれ
ば、燃料電極と酸化剤電極と該両電極に挟持され
たマトリツクスとを有し、該マトリツクスに燐酸
電解液を含浸した単位セルを所定数積層してなる
セルスタツクと、燃料ガスと酸化剤ガスの供給、
排出用のマニホールドとを備えた燃料電池におい
て、前記酸化剤ガスの排出用マニホールド内の前
記セルスタツク近傍にカートリツジ式の電解液補
集装置を設け、該電解液補集装置は壁面に燐酸吸
着材を有する屈曲板と、前記吸着材への電解液の
付着状態を監視するための測定装置とを備え、前
記屈曲板は所定間隔をおいて多数配置され隣接す
る前記屈曲板間を前記酸化剤ガスが流れるように
して成、この流路を形成する壁面には吸着材を設
けることにより、電気化学反応により蒸発、飛散
された電解液を含有する反応ガスは前記補集装置
を通流する際反応ガス中の飛散した電解液を補集
することができるため、補集装置以降の燃料電池
の構成材料、例えばケーシング、配管、送風機の
軸受および電気計装系機器、配線に電解液の付着
による腐食および絶縁不良を防ぐことができて寿
命の長い燃料電池が得られるとともに腐食、絶縁
不良による電気計装系の測定、制御の不良がなく
なり発電プラントを安全に運転、管理ができると
いう効果がある。特に、電解液補集装置をセルス
タツク近傍に設けているので、燃料電池の起動時
であつてマニホールド内壁がまだ充分に加熱され
ていない時などにおいてマニホールド内壁や出口
配管などに付着しやすい電解液が、燃料電池の排
出ガスから直ちに補集可能であり、電解液付着に
よる腐食や絶縁不良のトラブルの発生機会を延長
することができ定期点検前のトラブルの発生を防
止することができる。

また、電解液補集装置はカートリッジ式であつ
て、交換可能な構成としているので、メンテナン
スが容易である。さらに、吸着材は電解液の付着
状態を監視するための測定装置を備えているの
で、電解液補集装置の交換時期を適切に把握でき
るとともに、電解液の燃料電池への補給タイミン
グを知ることもできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例による補集板の部分断
面図、第２図は本考案の実施例による補集装置の
正面図、第３図は本考案の実施例を示す断面図、
第４図は燃料電池の単位電池を示す斜視図、第５
図は従来の燃料電池の部分分解斜視図。 ５……セルスタツク、１３ａ……排出マニホー
ルド、２０……補集板、２４……吸着性材料、３
０……補集装置。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 燃料電極と酸化剤電極と該両電極に挟持された
   マトリツクスとを有し、該マトリツクスに燐酸電
   解液を含浸した単位セルを所定数積層してなるセ
   ルスタツクと、燃料ガスと酸化剤ガスの供給、排
   出用のマニホールドとを備えた燃料電池におい
   て、前記酸化剤ガスの排出用マニホールド内の前
   記セルスタツク近傍にカートリツジ式の電解液補
   集装置を設け、該電解液補集装置は壁面に燐酸吸
   着材を有する屈曲板と、前記吸着材への電解液の
   付着状態を監視するための測定装置とを備え、前
   記屈曲板は所定間隔をおいて多数配置され隣接す
   る前記屈曲板間を前記酸化剤ガスが流れるように
   して成ることを特徴とする燃料電池。