JPH0650646B2 - Molten carbonate fuel cell stack - Google Patents

Molten carbonate fuel cell stack

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JPH0650646B2
JPH0650646B2 JP62065601A JP6560187A JPH0650646B2 JP H0650646 B2 JPH0650646 B2 JP H0650646B2 JP 62065601 A JP62065601 A JP 62065601A JP 6560187 A JP6560187 A JP 6560187A JP H0650646 B2 JPH0650646 B2 JP H0650646B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池スタックに関するもの
である。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a molten carbonate fuel cell stack.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第6図には、溶融炭酸塩型燃料電池スタックの従来例が
示されている。同図に示されているように、燃料電池の
基本単位は電解質板1、これを挟むアノード2およびカ
ソード3、夫々の電極2,3にガスを供給するためのガ
ス流路4を有するセパレータ5等によって構成される。
FIG. 6 shows a conventional example of a molten carbonate fuel cell stack. As shown in the figure, the basic unit of the fuel cell is an electrolyte plate 1, an anode 2 and a cathode 3 sandwiching the electrolyte plate 1, and a separator 5 having a gas flow path 4 for supplying gas to each of the electrodes 2 and 3. Etc.

従来ヘッダープレート6はスタックの上端部に位置し、
1ケのヘッダープレート6はアノードヘッダー7および
カソードヘッダー8の両者を有しており、アノードガ
ス,カソードガス共上下端部から中央部に向って流れ、
各セルにガスが供給される。なお、これに関するものと
して特開昭58-115772号公報および特開昭58-164168号公
報がある。
Conventional header plate 6 is located at the top of the stack,
One header plate 6 has both an anode header 7 and a cathode header 8, and both the anode gas and the cathode gas flow from the upper and lower ends toward the center,
Gas is supplied to each cell. Note that Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 58-115772 and 58-164168 are related to this.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

溶融炭酸塩型燃料電池の1セル当りの電圧は最大でも1.
1V程度であり、将来、電力用として大容量発電を実現
するためには、数百セルを積層する必要があるが、従来
はセル積層数が少なく前述の構造でも問題がなかった。
The maximum voltage per cell of a molten carbonate fuel cell is 1.
It is about 1V, and several hundreds of cells must be stacked in order to realize large-capacity power generation for electric power in the future, but conventionally, the number of stacked cells is small and the above-mentioned structure has no problem.

しかし、従来構造のまま高積層すると、1ケのヘッダー
がガスを供給しなければならないセル数が増大し、各セ
ルへのガスの分配が不均一になる。そこでヘッダーで挟
まれるセル数は変えず、上下にヘッダーを有するモジュ
ールを多数積層して高積層に対応することもある。しか
し、これではヘッダーに接続する配管の数が増大し、極
めて複雑な構造となる。
However, if the conventional structure is used for high stacking, the number of cells to which one header has to supply gas increases, and the distribution of gas to each cell becomes uneven. Therefore, the number of cells sandwiched between headers may not be changed, and a large number of modules having upper and lower headers may be stacked to support high stacking. However, this increases the number of pipes connected to the header, resulting in an extremely complicated structure.

この他、。高積層の場合にはスタックの生産性、運転時
のセル冷却特性が新たに問題となり、これらに対応した
スタックの開発が要望されている。
Besides this. In the case of high stacking, stack productivity and cell cooling characteristics during operation become new problems, and there is a demand for development of stacks corresponding to these.

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、構造が簡
単で、均一にガス分散ができ、かつ生産性にもすぐれる
ことを可能とした溶融炭酸塩型燃料電池スタックを提供
することを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a molten carbonate fuel cell stack having a simple structure, capable of uniformly distributing gas, and having excellent productivity. It is intended.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、ヘッダープレートをアノードヘッダープレ
ートおよびカソードヘッダープレートで構成し、セルス
タックのほぼ中央位置に挿入した1ケのカソードヘッダ
ープレートの上下に夫々アノードヘッダープレートによ
ってアノードガスを供給するセル群を積層し、この積層
した複数のセル群に1ケのカソードヘッダープレートよ
りカソードガスを供給することにより達成される。
For the above purpose, the header plate is composed of an anode header plate and a cathode header plate, and a group of cells supplying anode gas by the anode header plates are stacked above and below a single cathode header plate inserted at approximately the center of the cell stack. Then, the cathode gas is supplied from one cathode header plate to the plurality of stacked cell groups.

〔作用〕[Action]

上述のような手段を設けることにより、所期の目的が達
成されるが、それを次に説明する。上記手段は、溶融炭
酸塩型燃料電池のガス流量およびガス流量とガス分配と
の関係を検討した結果に基づくものである。溶融炭酸塩
型燃料電池システムのマスバランスは、例えばイーピー
アールアイイーエム−1670,フェーエル セル パワー
プラント インテグレイテッド システムズ イブア
ルエイション(EPRI EM-1670,Fuel Cell Power Plant I
ntegrated Systems Evaluation)等多くの文献で紹介さ
れているが、その共通した特徴は、アノード入口ガス流
量に比べカソードガスの流量が5〜6倍と、極めて多い
ことである。これはシステム効率を最大にするため、ア
ノード側に反応に必要なガス量の1.2倍程度の流量を流
すのに対し、カソード側には必要量の2倍の酸素を含む
空気を流すことによるものである。
The intended purpose is achieved by providing the above-mentioned means, which will be described below. The above means is based on the result of studying the gas flow rate of the molten carbonate fuel cell and the relationship between the gas flow rate and the gas distribution. The mass balance of the molten carbonate fuel cell system is, for example, ERP EM-1670, FEL Cell Power Plant Integrated Systems Eva Aration (EPRI EM-1670, Fuel Cell Power Plant I).
Although it is introduced in many documents such as Integrated Systems Evaluation), the common feature is that the flow rate of the cathode gas is 5 to 6 times higher than the flow rate of the anode inlet gas. This is because, in order to maximize system efficiency, a flow rate of about 1.2 times the amount of gas required for the reaction is passed on the anode side, while air containing oxygen at twice the required amount is passed on the cathode side. Is.

次に各セルへの流れの分布について説明する。燃料電池
内の流れは第7図に示されているように、母管(マニホ
ールドに相当)に枝管(各セルのガス流路に相当)を複
数個接続したモデルとして評価できる。第7図は、アノ
ード側について反応に必要なガス量の1.25倍を流した場
合に、各セルにどれだけの流量が流れるかを示したもの
で、縦軸に各セルの流量比をとり、横軸にセル番号をと
って図示した。同図から明らかなように、図中(a)の積
層数Nの場合は、ガス入口側(セル番号が小さい)に近
い程分布量が多く、ガス入口から離れるに従い分布量は
少なくなるが、各セルへの流量比は1.0を越えており、
必要量が各セルに分配されていることが示されている。
これに対し(b)の積層数が2Nの場合は、偏流が大きく
なった結果、セル番号Nを越えるセルでは流量比が1.0
を下まわり、必要量が供給されていないことが示されて
いる。
Next, the distribution of the flow to each cell will be described. The flow in the fuel cell can be evaluated as a model in which a plurality of branch pipes (corresponding to the gas flow path of each cell) are connected to a mother pipe (corresponding to a manifold) as shown in FIG. FIG. 7 shows how much flow rate flows in each cell when 1.25 times the gas amount necessary for the reaction is flown on the anode side, and the flow rate ratio of each cell is taken on the vertical axis. The cell number is plotted on the horizontal axis. As is clear from the figure, in the case of the number of stacks N in (a) in the figure, the distribution amount is larger as it is closer to the gas inlet side (smaller cell number), and the distribution amount becomes smaller as the distance from the gas inlet increases, The flow rate ratio to each cell exceeds 1.0,
It is shown that the required amount is distributed to each cell.
On the other hand, in the case where the number of stacked layers in (b) is 2N, the drift ratio becomes large, and as a result, the flow rate ratio becomes 1.0 in the cells exceeding the cell number N
, Which indicates that the required amount is not being supplied.

一方、第8図は縦軸に各セルの流量比をとり、横軸にセ
ル番号をとって、カソード側を評価したものである。同
図から明らかなように、カソード側は積層数が2Nでも
各セルに必要流量以上のガスを供給できることが判明し
た。これはカソード側には酸素成分として必要量の2倍
を流していること、およびカソードガス全成分として流
量が多いため、出入口部の圧力損失が大となり、各セル
へのガス供給量の分布が平坦になったためである。
On the other hand, in FIG. 8, the flow rate ratio of each cell is plotted on the vertical axis and the cell number is plotted on the horizontal axis, and the cathode side is evaluated. As is clear from the figure, it has been found that the cathode side can supply a gas of a required flow rate or more to each cell even if the number of stacked layers is 2N. This is because the oxygen amount is twice as much as the required amount on the cathode side, and the total flow rate of the cathode gas is large, resulting in a large pressure loss at the inlet and outlet parts, and the distribution of the gas supply amount to each cell. Because it became flat.

以上、溶融炭酸塩型燃料電池が効率よく運転される流量
条件は、アノード側とカソード側とでガスが均一に分配
できる積層数が異なる。その数は、アノード側をNケと
すると、カソード側は2Nケ程度である。従って、ガス
ヘッダープレートをアノード側とカソード側とに分離
し、1ケのアノードヘッダープレートからアノードガス
が供給される単位セル群の複数に、1ケのカソードヘッ
ダープレートからカソードガスを供給するようにしたの
である。
As described above, the flow rate conditions under which the molten carbonate fuel cell is efficiently operated differ in the number of stacks by which the gas can be uniformly distributed on the anode side and the cathode side. The number is about 2N on the cathode side, where N is on the anode side. Therefore, the gas header plate is divided into the anode side and the cathode side, and the cathode gas is supplied from one cathode header plate to a plurality of unit cell groups to which the anode gas is supplied from one anode header plate. I did.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
1図および第2図には本発明の一実施例が示されてい
る。なお、従来と同じ部品には同じ符号を付したので説
明を省略する。本実施例ではヘッダープレートをアノー
ドヘッダープレート9,カソードヘッダープレート10で
構成し、このように構成した1ケのカソードヘッダープ
レート10の上下に、夫々アノードヘッダープレート9に
よってアノードガスを供給するセル群11を積層し、この
積層した複数のセル群11に1ケのカソードヘッダープレ
ート10よりのカソードガスを供給するようにした。この
ようにすることにより、構造が簡単で、均一にガス分散
ができ、かつ生産性にもすぐれる溶融炭酸塩型燃料電池
スタックを得ることができる。
Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments. An embodiment of the present invention is shown in FIGS. Since the same parts as those of the conventional one are designated by the same reference numerals, the description thereof will be omitted. In this embodiment, the header plate is composed of an anode header plate 9 and a cathode header plate 10, and a cell group 11 for supplying anode gas by the anode header plate 9 above and below one cathode header plate 10 thus constructed. Were stacked, and the cathode gas from one cathode header plate 10 was supplied to the plurality of stacked cell groups 11. By doing so, it is possible to obtain a molten carbonate fuel cell stack having a simple structure, capable of uniformly dispersing gas, and having excellent productivity.

すなわち燃料電池スタックを1ケのカソードヘッダープ
レート10と、2ケのアノードヘッダープレート9と、上
下端板12と、その間に積層したセル11aとによって構成
した。カソードヘッダープレート10には、カソード出入
口管台13a,13b、カソード出入口ヘッダー8a,8
b、カソード出入口マニホールド14a,14bが形成して
ある。また、カソードヘッダープレート10の上下面には
夫々カソードガス流路4a,アノードガス流路が形成し
てある。
That is, the fuel cell stack was composed of one cathode header plate 10, two anode header plates 9, upper and lower end plates 12, and cells 11a laminated between them. The cathode header plate 10 includes a cathode inlet / outlet tube base 13a, 13b, and cathode inlet / outlet headers 8a, 8
b, cathode inlet / outlet manifolds 14a, 14b are formed. Further, a cathode gas flow channel 4a and an anode gas flow channel are formed on the upper and lower surfaces of the cathode header plate 10, respectively.

一方、アノードヘッダープレート9には、アノード出入
口管台15a,15b、アノード出入口ヘッダー7a,7
b、アノード出入口マニホールド16a,16b、アノード
ガス流路4b、カソードガス流路4aの他に、カソード
入口マニホールド14a、カソード出口マニホールド14b
が形成してある。
On the other hand, the anode header plate 9 includes the anode inlet / outlet nozzle stubs 15a and 15b and the anode inlet / outlet headers 7a and 7b.
b, anode inlet / outlet manifolds 16a, 16b, anode gas flow passage 4b, cathode gas flow passage 4a, cathode inlet manifold 14a, cathode outlet manifold 14b.
Is formed.

このようにすることにより、カソードガスはカソード入
口管台13aよりカソード入口ヘッダー8aに流れ、上下
に分かれてカソード入口マニホールド14aを通して各々
のセル11aに流れる。一部のガスはアノードヘッダープ
レート9のカソード入口マニホールド14aを通過し、ア
ノードヘッダープレート9より上の夫々のセル11aに流
れる。反応後は各セル11aよりカソード出口マニホール
ド14bに流出し、ここを流れてカソード出口ヘッダー8
bに流れ、カソード出口管台13bより流出する。
By doing so, the cathode gas flows from the cathode inlet nozzle 13a to the cathode inlet header 8a, and is divided into upper and lower portions to flow into each cell 11a through the cathode inlet manifold 14a. Some gas passes through the cathode inlet manifold 14a of the anode header plate 9 and flows into each cell 11a above the anode header plate 9. After the reaction, it flows out from each cell 11a to the cathode outlet manifold 14b, and flows through this to the cathode outlet header 8
b, and flows out from the cathode outlet tube base 13b.

アノードガスもアノード入口管台15a、アノード入口マ
ニホールド16a、各セル11a、アノード出口マニホール
ド16b、アノード出口管台15bの順に流れる。しかし、
カソードヘッダープレート10にはアノードマニホールド
を設けてないので、アノードガスはカソードヘッダープ
レート10を通過して流れることはなく、上下のモジュー
ルで独立した系統となっている。
The anode gas also flows in the order of the anode inlet nozzle 15a, the anode inlet manifold 16a, each cell 11a, the anode outlet manifold 16b, and the anode outlet nozzle 15b. But,
Since the cathode header plate 10 is not provided with the anode manifold, the anode gas does not flow through the cathode header plate 10 and the upper and lower modules are independent systems.

またアノードヘッダープレート9はセル群11の中央に位
置し、アノードヘッダープレート9片側のセル群11のセ
ル数は、このスタックの流量条件において必要ガス量を
すべてのセル11aに分配できる数にしてある。
Further, the anode header plate 9 is located in the center of the cell group 11, and the number of cells of the cell group 11 on one side of the anode header plate 9 is set so that the required gas amount can be distributed to all the cells 11a under the flow rate condition of this stack. .

モジュールの上下端部は上下端板12であり、ガス流路は
片面にのみ形成してあり、セル11aを更に積層するには
上述の第1図に示したモジュールを積み重ねればよい。
The upper and lower end portions of the module are upper and lower end plates 12, and the gas flow paths are formed on only one side. To further stack the cells 11a, the modules shown in FIG. 1 described above may be stacked.

下表には、セル数4Nに対して本実施例を適用した場合
のヘッダープレート数および出入口配管数を従来例と比
較した結果が示されている。
The table below shows the results of comparing the number of header plates and the number of inlet / outlet pipes when the present embodiment is applied to the number of cells of 4N with the conventional example.

同表から明らかなように、本実施例の場合、従来例に比
べ各セルへのガス分配性を確保した上で、ヘッダープレ
ート数、配管数を大幅に減少することができ、燃料電池
スタックの構造を簡単にすることができる。なお同表記
載のアノード配管,カソード配管とは、アノード出入口
管台,カソード出入口管台に夫々接続する配管のことで
ある。
As is clear from the table, in the case of this embodiment, the number of header plates and the number of pipes can be significantly reduced while ensuring gas distribution to each cell as compared with the conventional example. The structure can be simplified. The anode pipe and the cathode pipe shown in the table are pipes connected to the anode inlet / outlet tube base and the cathode inlet / outlet tube base, respectively.

このように本実施例によれば、各セルへのガス分配性を
確保した上で、ヘッダープレート数およびガス配管数の
少ない簡単な構造で、生産性にすぐれた高積層用スタッ
クを得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to obtain a highly stackable stack having excellent productivity with a simple structure having a small number of header plates and gas pipes while ensuring gas distribution to each cell. it can.

第3図および第4図には、本発明の他の実施例が示され
ている。本実施例はカソードヘッダープレート10aを、
その両面にガス流路を設けず、かつその両面にセパレー
タ5aを直付けにし、この直付けしたセパレータ5aに
はカソードマニホールド17のみを設けるようにした。こ
のようにすることにより、カソードヘッダープレート10
aは、その両面にガス流路が設けられず、かつその両端
に直付けしたセパレータ5aにはカソードマニホールド
17のみが設けられるようになって、前述の場合よりも安
全で、作業性を容易にすることができる。
3 and 4 show another embodiment of the present invention. In this embodiment, the cathode header plate 10a is
The gas passages were not provided on both sides, and the separator 5a was directly attached to both sides, and only the cathode manifold 17 was provided on the directly attached separator 5a. By doing so, the cathode header plate 10
a is a cathode manifold on a separator 5a which is not provided with gas passages on both sides thereof and is directly attached to both ends thereof.
Since only 17 is provided, it is safer and easier to work than the above case.

すなわちカソードヘッダープレート10aの上下面18a,
18bにガス流路を形成しないで平滑とし、中央部に凹み
19を設けた。またカソードヘッダープレート10aに接す
るセパレータ面20にもガス流量を形成せず、セパレータ
5aにはマニホールドのうちカソードマニホールド17の
みを設けた。
That is, the upper and lower surfaces 18a of the cathode header plate 10a,
18b has no gas flow path and is smooth, with a recess in the center
19 was set up. Further, no gas flow rate was formed on the separator surface 20 in contact with the cathode header plate 10a, and only the cathode manifold 17 of the manifold was provided on the separator 5a.

このようにすることによりカソード入口ヘッダー8aに
流入したガスは、カソード入口マニホールド14aからセ
パレータ5aのカソードマニホールド17に流れる。カソ
ードヘッダープレート10aとこれに接するセパレータ5
aとの間のシールは、両者の金属接触面で行われる。燃
料電池の締付圧力は数kg/cm2aであり、金属接触の必要
締付圧力より低いが、カソードヘッダープレート10の中
央部に凹み19を設けたので、シール21部に締付荷重が集
中するようになる。なお、通常ガスシールが必要な個所
にはパッキンを使用すべきであるが、カソードヘッダー
プレート10aとセパレータ5aとの接触部には電気伝導
性も必要なので、金属接触としてある。
By doing so, the gas flowing into the cathode inlet header 8a flows from the cathode inlet manifold 14a to the cathode manifold 17 of the separator 5a. Cathode header plate 10a and separator 5 in contact therewith
The seal between a and a is made at the metal contact surfaces of both. The tightening pressure of the fuel cell is several kg / cm 2 a, which is lower than the necessary tightening pressure for metal contact, but since the recess 19 is provided in the center of the cathode header plate 10, the tightening load is not applied to the seal 21. I will concentrate. It should be noted that although a packing should be used at a place where a gas seal is usually required, the contact portion between the cathode header plate 10a and the separator 5a is also required to have electrical conductivity, and therefore metal contact is used.

本実施例によれば次に述べるような効果を奏することが
できる。すなわち、カソードヘッダープレート10aとセ
パレータ5aとの接触面でガスシールが必要な個所には
カソードガス(空気)しか流れないので、例えシール21
部から僅かな漏洩があっても空気のみが流出し、アノー
ドガス(水素)はスタック外に出ず、安全性が高い。ま
た、製造工程において上下のセル群を別個に大量に製造
し、組立の最終工程で2ケのセル群とカソードヘッダー
プレート10aとを重ね合せてモジュールを完成すること
ができ、小さな要素を流れ作業的に製造できる。従って
大量生産性に優れている。そしてまた、スタックの中に
ある一部のセルが何等かの原因により使用不能になった
場合、そのセルを含むアノード側の1組を除去し、新品
を取付けることも可能である。特にシール21の面が金属
接触なので作業が簡単である。すなわち保守性に優れて
いる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained. That is, since only the cathode gas (air) flows to the portion where the gas seal is required on the contact surface between the cathode header plate 10a and the separator 5a, for example, the seal 21
Even if there is a slight leak from the part, only air will flow out, and the anode gas (hydrogen) will not go out of the stack, so the safety is high. In addition, in the manufacturing process, the upper and lower cell groups can be separately manufactured in large quantities, and in the final assembly step, the two cell groups and the cathode header plate 10a can be overlapped to complete the module, and small elements can be assembled. Can be manufactured in a simple manner. Therefore, it is excellent in mass productivity. If some cells in the stack become unusable due to some reason, it is possible to remove one set on the anode side including the cells and install a new one. In particular, since the surface of the seal 21 is in contact with metal, the work is easy. That is, it is excellent in maintainability.

第5図には、本発明の更に他の実施例が示されている。
本実施例では、カソードヘッダープレート10とアノード
ヘッダープレート9との間に位置するセル群11Aのセル
数をNとし、アノードヘッダープレート9上側のセル群
11Bのセル数をN/2とした。このようにすることによ
りアノードヘッダープレート9上側のセル群11Bは、カ
ソードヘッダープレート10とアノードヘッダープレート
9との間のセル群11Aのセル数の1/2となって、前述の
場合よりもセルの冷却を良くすることができる。
FIG. 5 shows still another embodiment of the present invention.
In this embodiment, the number of cells of the cell group 11A located between the cathode header plate 10 and the anode header plate 9 is N, and the cell group above the anode header plate 9 is N.
The number of 11B cells was set to N / 2. By doing so, the cell group 11B on the upper side of the anode header plate 9 becomes 1/2 of the number of cells of the cell group 11A between the cathode header plate 10 and the anode header plate 9, which is smaller than that in the above case. Can be better cooled.

すなわち、モジュール22を複数個積層する際にスタック
全体でアノード,カソードいずれかのヘッダープレート
9,10を等間隔に配置することができ、カソード,アノ
ードによってセルの反応熱を前述の場合より平均的に除
去できる。
That is, when stacking a plurality of modules 22, the header plates 9 and 10 of either the anode or the cathode can be arranged at equal intervals in the entire stack, and the reaction heat of the cell can be more averaged by the cathode and the anode than in the above case. Can be removed.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

上述のように本発明によると、構造が簡単で、均一にガ
ス分散ができ、かつ生産性にもすぐれることを可能とし
た溶融炭酸塩型燃料電池スタックを得ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a molten carbonate fuel cell stack having a simple structure, capable of uniformly distributing gas, and having excellent productivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の溶融炭酸塩型燃料電池スタックの一実
施例の斜視図、第2図は同じく一実施例のヘッダープレ
ート周りの分解斜視図、第3図は本発明の溶融炭酸塩型
燃料電池スタックの他の実施例のカソードヘッダープレ
ート周りの分解斜視図、第4図は同じく他の実施例のカ
ソードヘッダープレートとセパレータとの接触状態を示
す縦断側面図、第5図は本発明の溶融炭酸塩型燃料電池
スタックの更に他の実施例の正面図、第6図は従来の溶
融炭酸塩型燃料電池スタックの分解斜視図、第7図はア
ノード側の各セルの流量比とセル番号との関係を示す特
性図、第8図はカソード側の各セルの流量比とセル番号
との関係を示す特性図である。 1……電解質板、2……アノード、3……カソード、4
……ガス流路、4a……カソードガス流路、4b……ア
ノードガス流路、5,5a……セパレータ、7a……ア
ノード入口ヘッダー(アノードヘッダー)、7b……ア
ノード出口ヘッダー(アノードヘッダー)、8a……カ
ソード入口ヘッダー(カソードヘッダー)、8b……カ
ソード出口ヘッダー(カソードヘッダー)、9……アノ
ードヘッダープレート、10,10a……カソードヘッダー
プレート、11,11A,11B……セル群、14a……カソー
ド入口マニホールド、14b……カソード出口マニホール
ド、16a……アノード入口マニホールド、16b……アノ
ード出口マニホールド、17……カソードマニホールド。
FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of a molten carbonate fuel cell stack of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of a header plate of the same embodiment, and FIG. 3 is a molten carbonate fuel cell of the present invention. FIG. 4 is an exploded perspective view around the cathode header plate of another embodiment of the fuel cell stack, FIG. 4 is a vertical sectional side view showing a contact state between the cathode header plate and the separator of another embodiment, and FIG. A front view of still another embodiment of the molten carbonate fuel cell stack, FIG. 6 is an exploded perspective view of a conventional molten carbonate fuel cell stack, and FIG. 7 is a flow rate ratio and cell number of each cell on the anode side. And FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the flow rate ratio of each cell on the cathode side and the cell number. 1 ... Electrolyte plate, 2 ... Anode, 3 ... Cathode, 4
... Gas flow path, 4a ... Cathode gas flow path, 4b ... Anode gas flow path, 5, 5a ... Separator, 7a ... Anode inlet header (anode header), 7b ... Anode outlet header (anode header) , 8a ... Cathode inlet header (cathode header), 8b ... Cathode outlet header (cathode header), 9 ... Anode header plate, 10, 10a ... Cathode header plate, 11, 11A, 11B ... Cell group, 14a ...... Cathode inlet manifold, 14b …… Cathode outlet manifold, 16a …… Anode inlet manifold, 16b …… Anode outlet manifold, 17 …… Cathode manifold.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 成嘉 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−241659(JP,A) 特開 昭58−169778(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Naruyoshi Kobayashi 502 Kintatecho, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture Inside the Institute of Mechanical Research, Hiritsu Manufacturing Co., Ltd. (56) Reference JP-A-60-241659 (JP, A) JP-A Sho 58-169778 (JP, A)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】アノード及びカソードで電解質板を挟持し
てなる単位セルをセパレータを介して複数個積層し上下
の端部を上端板及び下端板で各々閉塞したセル群と、該
セル群のほぼ中央位置に挿入されたカソードヘッダープ
レートと、前記上端板と前記カソードヘッダープレート
の間の位置で前記セル群に挿入された第1のアノードヘ
ッダープレートと、前記カソードヘッダープレートと前
記下端板の間の位置で前記セル群に挿入された第2のア
ノードヘッダープレートとを備える溶融炭酸塩型燃料電
池スタックであって、 前記セパレータは一方の対向する周辺部にアノード入口
マニホールドとアノード出口マニホールドを、他方の対
向する周辺部にカソード入口マニホールドとカソード出
口マニホールドを備え、アノードに面する側にアノード
入口マニホールドからアノード出口マニホールドに向け
てアノードガスを流通させるアノードガス流路を、カソ
ードに面する側にカソード入口マニホールドからカソー
ド出口マニホールドに向けてカソードガスを流通させる
カソードガス流路を有し、 前記カソードヘッダープレートは前記セパレータのカソ
ード入口マニホールドにカソードガスを供給するカソー
ド入口ヘッダーと、前記セパレータのカソード出口マニ
ホールドからのカソードガスを集めるカソード出口ヘッ
ダーを有し、 前記第1及び第2のアノードヘッダープレートは前記セ
パレータのアノード入口マニホールドにアノードガスを
供給するアノード入口ヘッダーと、前記セパレータのア
ノード出口マニホールドからのアノードガスを集めるア
ノード出口ヘッダーと、該アノードヘッダープレートを
挟んで配置されたセパレータのカソード入口マニホール
ド同士を連通させるカソード入口マニホールドと、該ア
ノードヘッダープレートを挟んで配置されたセパレータ
のカソード出口マニホールド同士を連通させるカソード
出口マニホールドを有し、 前記カソードヘッダープレートのカソード入口ヘッダー
に供給されたカソードガスは前記セパレータのカソード
入口マニホールドから前記カソードガス流路を流通して
前記上端板と下端板の間に位置する各単位セルに供給さ
れた後、前記セパレータのカソード出口マニホールドを
通ってカソード出口ヘッダーに流出し、 前記第1のアノードヘッダープレートのアノード入口ヘ
ッダーに供給されたアノードガスは前記セパレータのア
ノード入口マニホールドから前記アノードガス流路を流
通して前記上端板と前記カソードヘッダープレートの間
に位置する各単位セルに供給された後、前記セパレータ
のアノード出口マニホールドを通って該第1のアノード
ヘッダープレートのアノード出口ヘッダーに流出し、 前記第2のアノードヘッダープレートのアノード入口ヘ
ッダーに供給されたアノードガスは前記セパレータのア
ノード入口マニホールドから前記アノードガス流路を流
通して前記カソードヘッダープレートと前記下端板の間
に位置する各単位セルに供給された後、前記セパレータ
のアノード出口マニホールドを通って該第2のアノード
ヘッダープレートのアノード出口ヘッダーに流出するこ
とを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池スタック。
1. A cell group in which a plurality of unit cells each having an electrolyte plate sandwiched between an anode and a cathode are stacked with a separator interposed therebetween, and upper and lower ends thereof are closed by an upper end plate and a lower end plate, respectively, and a cell group of the cell group A cathode header plate inserted in a central position, a first anode header plate inserted in the cell group at a position between the upper end plate and the cathode header plate, and a position between the cathode header plate and the lower end plate. A molten carbonate fuel cell stack including a second anode header plate inserted into the cell group, wherein the separator has an anode inlet manifold and an anode outlet manifold on one opposing peripheral portion and the other opposing. A cathode inlet manifold and a cathode outlet manifold are provided in the periphery, and the anode facing manifold faces the anode. An anode gas flow passage that allows the anode gas to flow from the cathode inlet manifold to the anode outlet manifold, and a cathode gas flow passage that allows the cathode gas to flow from the cathode inlet manifold to the cathode outlet manifold on the side facing the cathode. The cathode header plate has a cathode inlet header for supplying cathode gas to the cathode inlet manifold of the separator, and a cathode outlet header for collecting cathode gas from the cathode outlet manifold of the separator, the first and second anodes The header plate includes an anode inlet header that supplies anode gas to the anode inlet manifold of the separator, an anode outlet header that collects anode gas from the separator anode outlet manifold, and A cathode inlet manifold for communicating the cathode inlet manifolds of the separators arranged with the node header plate interposed therebetween, and a cathode outlet manifold for communicating the cathode outlet manifolds of the separator arranged with the anode header plate sandwiched, The cathode gas supplied to the cathode inlet header of the cathode header plate flows from the cathode inlet manifold of the separator through the cathode gas flow channel and is supplied to each unit cell located between the upper end plate and the lower end plate, and then the separator. Through the cathode outlet manifold to the cathode outlet header, and the anode gas supplied to the anode inlet header of the first anode header plate is discharged from the anode inlet manifold of the separator. After being supplied to each unit cell located between the upper end plate and the cathode header plate through the node gas flow path, it passes through the anode outlet manifold of the separator to the anode outlet header of the first anode header plate. The anode gas that flows out and is supplied to the anode inlet header of the second anode header plate flows from the anode inlet manifold of the separator through the anode gas flow path and is located between the cathode header plate and the lower end plate. A molten carbonate fuel cell stack, characterized in that, after being supplied to the cells, it flows through the anode outlet manifold of the separator to the anode outlet header of the second anode header plate.
【請求項2】前記第1のアノードヘッダープレートは前
記上端板と前記カソードヘッダープレートの間に位置す
るセル群の中央部に配置され、前記第2のアノードヘッ
ダープレートは前記カソードヘッダープレートと前記下
端板の間に位置するセル群の中央部に配置されたことを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の溶融炭酸塩型燃
料電池スタック。
2. The first anode header plate is disposed in the center of the cell group located between the upper end plate and the cathode header plate, and the second anode header plate is the cathode header plate and the lower end. The molten carbonate fuel cell stack according to claim 1, wherein the molten carbonate fuel cell stack is arranged in a central portion of a cell group located between the plates.
【請求項3】前記上端板と前記第1のアノードヘッダー
プレートの間に配置されたセル数は前記第1のアノード
ヘッダープレートと前記カソードヘッダープレートとの
間に配置されたセル数のほぼ半分であり、前記下端板と
前記第2のアノードヘッダープレートの間に配置された
セル数は前記第2のアノードヘッダープレートと前記カ
ソードヘッダープレートの間に配置されたセル数の半分
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の溶
融炭酸塩型燃料電池スタック。
3. The number of cells arranged between the upper end plate and the first anode header plate is about half the number of cells arranged between the first anode header plate and the cathode header plate. And the number of cells arranged between the lower end plate and the second anode header plate is half the number of cells arranged between the second anode header plate and the cathode header plate. The molten carbonate fuel cell stack according to claim 1.
【請求項4】前記カソードヘッダープレートにはガス流
路を設けず、カソード入口マニホールド及びカソード出
口マニホールドを有するセパレータを両面に直付けした
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項又は第
3項記載の溶融炭酸塩型燃料電池スタック。
4. The cathode header plate is not provided with a gas flow path, and a separator having a cathode inlet manifold and a cathode outlet manifold is directly attached to both surfaces of the cathode header plate. Alternatively, the molten carbonate fuel cell stack according to item 3.
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JPH05144449A (en) * 1991-11-18 1993-06-11 Hitachi Ltd Fuel cell
JP2555515B2 (en) * 1992-08-04 1996-11-20 株式会社日立製作所 Fuel cell

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