JPH07118330B2 - Gas header for fuel cell and fuel cell using the same - Google Patents

Gas header for fuel cell and fuel cell using the same

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JPH07118330B2
JPH07118330B2 JP3054278A JP5427891A JPH07118330B2 JP H07118330 B2 JPH07118330 B2 JP H07118330B2 JP 3054278 A JP3054278 A JP 3054278A JP 5427891 A JP5427891 A JP 5427891A JP H07118330 B2 JPH07118330 B2 JP H07118330B2
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fuel cell
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gas supply
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は燃料電池用ガスヘッダー
およびそれを用いた燃料電池に係り、セルの大面積化に
伴なう内部マニホールド方式の燃料電池において、反応
ガスを各マニホールド内に均一な温度にて供給すること
のできる好適なガスヘッダー構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas header for a fuel cell and a fuel cell using the same, and in a fuel cell of an internal manifold type as the cell area increases, the reaction gas is uniformly distributed in each manifold. The present invention relates to a suitable gas header structure that can be supplied at various temperatures.

【0002】[0002]

【従来の技術】セルの大面積化に有効なセル及びスタッ
ク積層構造として、図5に示すような構成が提案されて
いる。セルは、一平面上に複数の単位セル22を有する複
合大容量型セルが考えられている。さらに、このセルの
各単位セル22内の反応ガスは、セル外周部及び中央部に
設けた単位セル内のマニホールドnにより供給、排気さ
れている。また、前記マニホールド内のガスは、内部に
入口ガス室、出口ガス室及びその各ガス室に接続した配
管を有する複数のガスヘッダー、つまり、本図では、ア
ノード側の反応ガスである燃料ガスのためのスタック上
下に位置するアノードガスヘッダー23、およびカソード
側の反応ガスである酸化剤ガスのためのスタックの中央
部に位置するカソードガスヘッダー1’により供給、排
出されている。
2. Description of the Related Art A structure shown in FIG. 5 has been proposed as a cell and stack laminated structure effective for increasing the area of a cell. As the cell, a composite large capacity cell having a plurality of unit cells 22 on one plane is considered. Further, the reaction gas in each unit cell 22 of this cell is supplied and exhausted by the manifold n in the unit cell provided at the outer peripheral portion and the central portion of the cell. Further, the gas in the manifold is a plurality of gas headers having an inlet gas chamber, an outlet gas chamber, and a pipe connected to each of the gas chambers, that is, in this figure, a fuel gas that is a reaction gas on the anode side. Are supplied and discharged by an anode gas header 23 located above and below the stack and a cathode gas header 1 ′ located at the center of the stack for an oxidizing gas, which is a reaction gas on the cathode side.

【0003】将来の燃料電池の大容量化に伴い、前記ガ
スヘッダーの一層の大型化が予想され、その対策として
のガスヘッダー構造として、図6に示されるような、単
位セル内にガスを供給しかつ排気するガス室を有する燃
料電池のガスベッダー1”において、前記ガス室のう
ち、ガスヘッダー内の両外側のガス室51、52間に連
結室53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、また、そのU字型の中央の空間を
利用しガス室54を形成し、さらに、その各ガス室を仕
切板55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ガスヘッダー構造が提案されてい
る(本発明と同一出願人に係る特願平2-241108号参
照)。なお、図において、56、57は供給および排気
マニホールドであり、58は補強板である。このガスヘ
ッダーは、そのガス流入部の独特の構成により、ガスヘ
ッダー自体の構造が単純化でき、電池の取扱いが容易に
なるとともに、それぞれのガス流入部を隣り合わせ、一
層構造で構成できることから、積層スタックの全高を低
減できる効果がある。
As the capacity of the fuel cell increases in the future, it is expected that the gas header will be further increased in size. As a measure against this, a gas header structure for supplying gas into a unit cell as shown in FIG. In a gas bed 1 ″ of a fuel cell having a gas chamber for supplying and exhausting gas, a connecting chamber 53 is provided between the gas chambers 51 and 52 on both outer sides in the gas header to integrate the gas chamber. A U-shape is formed on a plane, and a gas chamber 54 is formed by utilizing the central space of the U-shape. Further, the respective gas chambers are separated from each other by a partition plate 55 at a position adjacent to each other. A gas header structure in which a header internal structure is formed has been proposed (see Japanese Patent Application No. 2-241108, which belongs to the same applicant as the present invention), wherein 56 and 57 are supply and exhaust manifolds. , 58 The gas header has a unique structure that simplifies the structure of the gas header itself and facilitates battery handling. Therefore, there is an effect that the total height of the laminated stack can be reduced.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】燃料電池において、各
セルに供給されるガスの温度が均一なことは、発電効率
を高める観点から重要なことであるが、これまでのよう
に、小面積のセルにおいては、一般に、ガス供給配管か
らガス供給マニホールドまでの距離が短かいため、各マ
ニホールド内に流入するガスの温度の偏差については、
特に問題にはならなかった。しかし、高出力を得るため
のセル大面積化に対応する従来の技術、特に、カソード
側のガスヘッダー構造は、入口ガス室側面にガス供給配
管を設けたと共に、酸化剤ガスをガス供給配管から直接
入口ガス室内へ供給するものであり、ガス供給配管部か
ら近いマニホールドと遠いマニホールド間の距離が長く
なる構造であった。そのため、入口ガス室内に流入した
ガスは、ガス供給配管部側から次第に電池本体の熱によ
り加熱されガス供給配管部側から近いマニホールドと遠
いマニホールド内に流入するガス温度の偏差が大きくな
る。さらに、各単位セルにおいても前記の影響を受け、
セル面内の温度分布が不均一になり、性能及び寿命の低
下という問題があった。
In the fuel cell, it is important that the temperature of the gas supplied to each cell be uniform, from the viewpoint of improving power generation efficiency. In the cell, since the distance from the gas supply pipe to the gas supply manifold is generally short, the deviation of the temperature of the gas flowing into each manifold is
It didn't matter. However, the conventional technology corresponding to the large cell area to obtain a high output, in particular, the gas header structure on the cathode side has a gas supply pipe on the side surface of the inlet gas chamber and the oxidant gas is supplied from the gas supply pipe. The gas is supplied directly into the inlet gas chamber, and the distance between the manifold near and the manifold far from the gas supply piping is long. Therefore, the gas flowing into the inlet gas chamber is gradually heated by the heat of the battery main body from the side of the gas supply pipe, and the deviation of the gas temperature between the manifold near the gas supply pipe and the manifold far from the gas supply pipe becomes large. Furthermore, in each unit cell, it is affected by the above,
There is a problem that the temperature distribution in the cell plane becomes non-uniform and the performance and the life are shortened.

【0005】本発明は、ガスヘッダー内から各ガス供給
マニホールド内へ均一な温度の反応ガスを供給し、それ
により各単位セル及びセル面内の温度分布の均一化を図
ることのできる燃料電池用ガスヘッダー構造、およびそ
のようなガスヘッダーを用いた燃料電池を提供すること
を目的としている。
The present invention is for a fuel cell which can supply a reaction gas having a uniform temperature from the gas header to each gas supply manifold, thereby making the temperature distribution in each unit cell and cell plane uniform. An object is to provide a gas header structure and a fuel cell using such a gas header.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、側部に入口ガス供給配管との接続部およ
び内部に複数の入口ガスマニホールドを有するガスヘッ
ダーにおいて、該入口ガスマニホールドへのガス供給開
口をガスヘッダーの内部中央部に位置させ、該ガス供給
開口と該入口ガス供給配管との接続部とをガス流路を介
して接続したことを特徴とする、燃料電池用ガスヘッダ
ー、およびそのガスヘッダーを用いて燃料電池を開示す
る。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a gas header having a side portion for connection with an inlet gas supply pipe and a plurality of inlet gas manifolds inside thereof. A gas for a fuel cell, characterized in that the gas supply opening to the gas header is located in the center of the inside of the gas header, and the gas supply opening and the connection portion with the inlet gas supply pipe are connected via a gas flow path. A header and a fuel cell using the gas header are disclosed.

【0007】該ガス流路がガスヘッダー内のより高温部
分と接していて、入口ガスとの間で熱交換しうるように
することにより、各単位セル及びセル面内の温度分布の
均一化を図る目的をより確実に達成することができる。
さらに、該ガス流路の少なくとも一部を、ガスヘッダー
内において出口ガス流路と接しさせることにより、熱交
換能は一層向上する。
By making the gas flow path in contact with a higher temperature portion in the gas header and allowing heat exchange with the inlet gas, the temperature distribution in each unit cell and cell surface can be made uniform. The intended purpose can be achieved more reliably.
Furthermore, the heat exchange capacity is further improved by bringing at least a part of the gas flow path into contact with the outlet gas flow path in the gas header.

【0008】また、該ガス流路を、ガスヘッダーの中心
線に対し対照形に2系列設けることにより、より大型の
スタック構造に適切に対処することが可能となる。本発
明のヘッダー構造は、カソード側、アノード側のいずれ
に用いても用いることができるが、、カソード側のガス
ヘッダーに適用すれば特に有効である。
Further, by providing the gas flow passages in two lines in a symmetrical manner with respect to the center line of the gas header, it becomes possible to appropriately cope with a larger stack structure. The header structure of the present invention can be used on either the cathode side or the anode side, but is particularly effective when applied to the cathode side gas header.

【0009】[0009]

【作用】本発明のガスヘッダー構造をカソードガスヘッ
ダー内部に適用した場合において、酸化剤ガスは、ガス
供給配管から出口ガス流路と隣接している熱交換用流路
内に流入し、カソードガスヘッダー中央に設けたガス供
給口に流入する。前記熱交換用流路内の酸化剤ガスは、
セル内での反応熱によって温度の高い出口ガスの熱によ
り熱交換される。前記ガス供給口からの酸化剤ガスは、
さらに、熱交換用流路を通りながら電池運転に必要な温
度まで熱交換され、各ガス供給マニホールド内を通して
各単位セル内へ供給される。
When the gas header structure of the present invention is applied to the inside of the cathode gas header, the oxidant gas flows from the gas supply pipe into the heat exchange passage adjacent to the outlet gas passage, and the cathode gas is discharged. It flows into the gas supply port provided in the center of the header. The oxidant gas in the heat exchange channel is
Due to the heat of reaction in the cell, heat is exchanged by the heat of the outlet gas having a high temperature. The oxidant gas from the gas supply port is
Further, heat is exchanged to a temperature required for battery operation while passing through the heat exchange flow path, and is supplied into each unit cell through each gas supply manifold.

【0010】本発明のカソードガスヘッダー内のガス流
入構造にすることにより、ガス供給配管からの酸化剤ガ
スを均一な温度で各ガス供給マニホールド内へ供給する
ことができるため、各ガス供給マニホールド内のガス温
度の偏差が少なくなると共に各単位セルにおいても均一
な温度のガスを、供給することができる。
By adopting the gas inflow structure in the cathode gas header of the present invention, the oxidant gas from the gas supply pipe can be supplied into each gas supply manifold at a uniform temperature. It is possible to supply a gas having a uniform temperature even in each unit cell while reducing the deviation of the gas temperature of the above.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1及び図2より
説明する。図1は、本発明をカソードガスヘッダーに適
用した場合の該カソードガスヘッダーの一部破断した斜
視図、図2は、図1のII-II 線による本発明の熱交換用
流路部の断面図である。この実施例のカソードガスヘッ
ダー1は、図1に示す様に、上下の基板2、2’とその
基板の四辺外周部に設けた枠板3とで囲まれた空間を有
する。また、ガスヘッダー1の枠板3の内、相対向する
枠板3a,3b(図1の左右の枠板)の幅方向のほぼ中
央部に、一方にはガス供給配管17が、他方にはガス排
気配管18が接合されている。そして、ガス供給配管1
7とガス排気配管18のと中心を結ぶ線P-P に対して対
称な位置には、一端を枠板3aに接し他端を枠板3b方
向に延出している2枚の仕切板4’、4'''が設けてあ
り、該2枚の仕切板4' 、4''' の延出端側は枠板3b
との間に所定の間隔を保って、他の仕切板4''により接
合されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of the cathode gas header when the present invention is applied to the cathode gas header, and FIG. 2 is a cross section of the heat exchange flow path portion of the present invention taken along line II-II of FIG. It is a figure. As shown in FIG. 1, the cathode gas header 1 of this embodiment has a space surrounded by upper and lower substrates 2 and 2'and a frame plate 3 provided on the outer peripheral portions of the four sides of the substrate. Further, among the frame plates 3 of the gas header 1, the gas supply pipes 17 are provided on one side and the gas supply pipes 17 on the other side at substantially central portions in the width direction of the frame plates 3a and 3b (left and right frame plates in FIG. 1) facing each other. The gas exhaust pipe 18 is joined. And gas supply pipe 1
At a position symmetrical with respect to a line PP connecting the center of 7 and the center of the gas exhaust pipe 18, two partition plates 4 ′, 4 ′ having one end in contact with the frame plate 3 a and the other end extending in the frame plate 3 b direction. "" Is provided, and the extending end sides of the two partition plates 4'and 4 '"are frame plates 3b.
It is joined by another partition plate 4 ″ with a predetermined space between and.

【0012】従って、ガスヘッダー1は、枠板3と仕切
板4とにより2つの空間に区分されており、各空間はそ
れぞれガスが漏洩しない様相互に密閉されている。以下
において、仕切板4で囲包される空間を入口ガス室A、
枠板3と仕切板4とで囲包される空間を出口ガス室Bと
呼ぶこととする。さらに、2枚の仕切板4’、4''' は
ガス供給配管17を接続している枠板3a に近接した位
置において第2の仕切板12により接合されており、そ
こにガス供給経路11を形成するとともに、該第2の仕
切板12は仕切板4’、4''' との接合部分近傍に開口
13、13' を有している。 以上の説明から明らかな
ように、このガスヘッダー1は、上記の中心線P-P を境
として対称な形状となっている。以下においては、その
一方の構成についてのみ説明し、他方の説明は省略す
る。
Therefore, the gas header 1 is divided into two spaces by the frame plate 3 and the partition plate 4, and each space is mutually sealed so that gas does not leak. In the following, the space surrounded by the partition plate 4 is defined as the inlet gas chamber A,
The space surrounded by the frame plate 3 and the partition plate 4 is called an outlet gas chamber B. Further, the two partition plates 4 ', 4''' are joined by the second partition plate 12 at a position close to the frame plate 3a connecting the gas supply pipe 17, and the gas supply path 11 is connected thereto. The second partition plate 12 has openings 13, 13 'near the joints with the partition plates 4', 4 '''. As is clear from the above description, the gas header 1 has a symmetrical shape with respect to the center line PP. In the following, only one of the configurations will be described and the other description will be omitted.

【0013】入口ガス室Aは、ほぼ中央部に、即ち、仕
切板4''と第2の仕切板12および後述する熱交換用流
路とで囲まれる入口ガス流路7を有し、出口ガス室Bは
両側部の出口ガス流路8、8およびその両流路を連結す
るための連結流路5とを有している。また、この各ガス
室内には、その空間部の補強をするために、複数の穴を
持った補強リブ6a(入口ガス室A側)、6b(出口ガス室
B側)がそれぞれ設けられている。
The inlet gas chamber A has an inlet gas flow passage 7 which is surrounded by a partition plate 4 ″, a second partition plate 12 and a heat exchange flow passage, which will be described later, substantially at the center, The gas chamber B has outlet gas passages 8 on both sides and a connecting passage 5 for connecting both passages. In addition, reinforcing ribs 6a (inlet gas chamber A side) and 6b (outlet gas chamber B side) having a plurality of holes are provided in each gas chamber to reinforce the space. .

【0014】本発明におけるガスヘッダー1の入口ガス
室Aは、さらに、仕切板4’から中心線P-P の方向に所
定距離隔離した箇所に、仕切板4''から第2の仕切板1
2とに至る第3の仕切板21を有しており、仕切板4'
と第3の仕切板21との間に熱交換用流路9を形成して
いるとともに、該第3の仕切板21はその長さ方向ほぼ
中央位置が開口していて、そこにガス供給開口10を形
成している。
The inlet gas chamber A of the gas header 1 in the present invention is further separated from the partition plate 4'to the second partition plate 1 at a position separated from the partition plate 4'by a predetermined distance in the direction of the center line PP.
It has the 3rd partition plate 21 to 2 and, and is a partition plate 4 '.
And a third partition plate 21 are formed with a heat exchange flow path 9, and the third partition plate 21 has an opening at a substantially central position in the length direction, and a gas supply opening is provided there. Forming 10.

【0015】従って、ガス供給配管17からのカソード
ガスは、枠板3aと第2の仕切板12とにより形成され
たガス供給流路11を通り、第2の仕切板12に形成さ
れた開口13を通過した後、仕切板4'と第3の仕切板
21との間の熱交換用流路9を通過し、第3の仕切板2
1の開口10を通過て、上記入口ガス流路7に達する。
さらに、上下の基板2、2’には、上記した入口ガス流
路7に相当する箇所に各単位セル内へガスを供給するた
めの複数のガス供給マニホールド15を、および出口ガス
流路8に相当する箇所には各単位セル内からのガス排気
を吸引するための複数の排気ガスマニホールド16をそれ
ぞれ設ける。
Therefore, the cathode gas from the gas supply pipe 17 passes through the gas supply channel 11 formed by the frame plate 3a and the second partition plate 12, and the opening 13 formed in the second partition plate 12. After passing through the partition plate 4 ′ and the third partition plate 21, the heat exchange passage 9 is passed between the partition plate 4 ′ and the third partition plate 21 and the third partition plate 2
1 through the opening 10 to reach the inlet gas flow path 7.
Further, a plurality of gas supply manifolds 15 for supplying gas into each unit cell are provided on the upper and lower substrates 2 and 2 ′ at a position corresponding to the above-mentioned inlet gas flow passage 7, and at the outlet gas flow passage 8. A plurality of exhaust gas manifolds 16 for sucking gas exhaust gas from each unit cell are provided at corresponding positions.

【0016】図2は、熱交換用流路9の構造の好ましい
態様の断面図を示している。この例においては、熱交換
用流路9の上下に断熱層形成板19を設けて、基板2、
2’と断熱層形成板19間に空間を形成し、セル内の熱が
ガスヘッダー内に伝導しにくくするための断熱層20を設
けてある。また、熱交換用流路9内には、内部補強をす
るため開口を有する仕切補強板22を設けている。
FIG. 2 shows a sectional view of a preferred embodiment of the structure of the heat exchange channel 9. In this example, the heat insulating layer forming plates 19 are provided above and below the heat exchange channel 9 to form the substrate 2,
A heat insulating layer 20 is provided to form a space between the 2'and the heat insulating layer forming plate 19 and to make it difficult for heat in the cell to be conducted into the gas header. In addition, a partition reinforcing plate 22 having an opening for reinforcing the inside is provided in the heat exchange channel 9.

【0017】次に、このガスヘッダー1構造内のガス流
れについて、図1及び図2より説明する。カソード側の
ガスである反応前の酸化剤ガスxは、まず、ガスヘッダ
ーの側部中央部(枠板3a)に設けられた、ガス供給配
管17からガス供給流路11へ流入し、このガス供給流路11
内で両側に分配され第2の仕切板12のガス流入口13を通
り各々の熱交換用流路9内へ流入される。熱交換用流路
9内へ流入した反応前の酸化剤ガスxは、ガスヘッダー
中央のガス供給口10から入口側の補強リブ6aの穴を通
り、各ガス供給マニホールド15内へ分岐されて、ガスヘ
ッダー上、下方向にガスが流出し、各単位セル(図示せ
ず)内へ供給される。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ガス排気マニホールド16を通り、ガ
スヘッダー両外部の出口ガス室内に分散される。この分
散されたガスは、出口ガス室内の出口側の補強リブ6b
の穴及び出口ガス流路8を通りながら連結流路5へと集
められ、その連結流路5がら同様にガスヘッダーの側部
中央部(枠板3b)に設けられたガス排気配管18により
外部へ排出される。
Next, the gas flow in the structure of the gas header 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The oxidant gas x before the reaction, which is the gas on the cathode side, first flows into the gas supply flow passage 11 from the gas supply pipe 17 provided in the central side part (frame plate 3a) of the gas header. Supply channel 11
It is distributed to both sides inside and flows into each heat exchange passage 9 through the gas inlet 13 of the second partition plate 12. The oxidant gas x before the reaction that has flowed into the heat exchange channel 9 is branched from the gas supply port 10 at the center of the gas header through the hole of the reinforcing rib 6a on the inlet side into each gas supply manifold 15. Gas flows downward on the gas header and is supplied into each unit cell (not shown). And in each unit cell,
The reacted oxidant gas x ′ that has been exhausted through the reaction passes through the gas exhaust manifold 16 outside both of the gas headers and is dispersed in the outlet gas chamber outside both of the gas headers. The dispersed gas is used as a reinforcing rib 6b on the outlet side in the outlet gas chamber.
Through the hole and the outlet gas flow path 8 and collected into the connection flow path 5, and the connection flow path 5 is also connected to the outside by a gas exhaust pipe 18 provided in the central side part (frame plate 3b) of the gas header. Is discharged to.

【0018】従って、このカソードガスヘッダー1内に
おいては、特に、入口ガス室の熱交換用流路9と出口ガ
ス流路8とが隣接した位置にあると共に、カソードガス
ヘッダー1中央にガス供給口10を設けたものでことか
ら、温度の低い反応前の酸化剤ガスxは前記熱交換用流
路9内において、単位セル内の反応熱により昇温されて
きた反応後の酸化剤ガスx'により仕切板4を介して熱
交換を受け、さらに、この熱交換された反応前の酸化剤
ガスxがカソードガスヘッダー1中央のガス供給口10か
ら各ガス供給マニホールド15内に供給される。また、そ
れにより、酸化剤ガスxは昇温するとともに、この間の
流路、つまり、ガス供給配管17から各ガス供給マニホ
ールド15までのガス流路の距離をほぼ等しくすること
が可能となる。
Therefore, in the cathode gas header 1, the heat exchange passage 9 of the inlet gas chamber and the outlet gas passage 8 are located adjacent to each other, and the gas supply port is provided at the center of the cathode gas header 1. Since 10 is provided, the oxidant gas x having a low temperature before the reaction has been heated in the heat exchange channel 9 by the reaction heat in the unit cell after the reaction. Heat is exchanged through the partition plate 4, and the heat-exchanged oxidant gas x before reaction is further supplied from the gas supply port 10 at the center of the cathode gas header 1 into each gas supply manifold 15. Further, as a result, the temperature of the oxidant gas x rises, and at the same time, it becomes possible to make the flow paths between them, that is, the distances of the gas flow paths from the gas supply pipe 17 to each gas supply manifold 15 substantially equal.

【0019】この結果、各単位セルおよびセル面内の温
度分布の均一化を図られ、燃料電池の発電効率を向上さ
せることがてきる。図3及び図4は、本発明によるガス
ヘッダーの他の実施例を示している。いずれのものも、
ガス供給流路11とガス供給開口10との間のガス流路、つ
まり、熱交換用流路9の長さを複数の邪魔板30を介在
させることにより、より長くすることによって、より均
一な温度の反応前の酸化剤ガスxを中央のガス供給開口
10から各ガス供給マニホールド15内へ供給することが
できる。この2つの実施例は、ガス流路の形状を変化さ
せる、つまり、熱交換用流路9及びガス供給マニホール
ド15までのガス流路の長さをさらに長くすることによ
り、その流路内において、出口ガスの熱の他に電池本体
の熱においても、反応前の酸化剤ガスxをより均一な温
度及び電池運転に必要な温度になるまで熱交換し、各ガ
ス供給マニホールド15内へ供給するようにしている。な
お、前記熱交換用の流路部は、図2の構造と同様に、断
熱層(図示せず)を必要に応じ設けることができる。
As a result, the temperature distribution in each unit cell and the cell plane can be made uniform, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved. 3 and 4 show another embodiment of the gas header according to the present invention. Both of these
The gas flow path between the gas supply flow path 11 and the gas supply opening 10, that is, the length of the heat exchange flow path 9 is made more uniform by interposing a plurality of baffle plates 30 so as to be more uniform. The oxidant gas x before the temperature reaction can be supplied into each gas supply manifold 15 through the central gas supply opening 10. In these two examples, by changing the shape of the gas flow path, that is, by further increasing the length of the gas flow path up to the heat exchange flow path 9 and the gas supply manifold 15, in the flow path, In addition to the heat of the outlet gas, not only the heat of the battery body but also the heat of the oxidant gas x before the reaction is exchanged to a more uniform temperature and a temperature required for battery operation, and is supplied into each gas supply manifold 15. I have to. A heat insulating layer (not shown) may be provided in the heat exchanging flow path portion as needed, as in the structure of FIG.

【0020】なお、上記の実施例においては、入口ガス
供給配管17とガス供給口10との間のガス流路を積極
的に熱交換の機能を果たし得る構成のものとして説明し
たが、本発明の目的は、入口ガスマニホールドへのガス
供給開口がガスヘッダーの内部中央部に位置する構成を
有していれば、入口ガス供給配管とガス供給口との間の
ガス流路に積極的に熱交換を果たす機構、例えばガス流
路を出口ガス流路と接した位置に置く構成、を有してい
なくても達成し得るものであることは明らかであろう。
In the above embodiment, the gas flow path between the inlet gas supply pipe 17 and the gas supply port 10 has been described as having a structure capable of positively performing the function of heat exchange. The purpose of is to positively heat the gas flow path between the inlet gas supply pipe and the gas supply port if the gas supply opening to the inlet gas manifold is configured to be located in the center of the inside of the gas header. It will be clear that this can be achieved without having a mechanism for carrying out the exchange, for example a configuration in which the gas flow path is placed in contact with the outlet gas flow path.

【0021】また、ガスヘッダー1の上下の基板2、
2’を一枚の板体からなるものとして説明してきたが、
ガスヘッダーの組立あるいは保守、管理の便の観点か
ら、一方あるいは双方の基板を複数の分割した部材、例
えば入口ガス室Aに相当する部分と出口ガス室Bに相当
する部分とに分割して作成するようにすることもでき
る。さらに、上記の実施例においては、カソードガスヘ
ッダーについて述べてきたが、本発明は燃料ガスを各ガ
ス供給マニホールド内に供給するアノードガスヘッダー
の入口ガス室内に用いても、等しく適用できるものであ
り、同様の効果を得ることができる。
Further, the upper and lower substrates 2 of the gas header 1,
2'has been described as consisting of a single plate,
From the viewpoint of convenience in assembling, maintaining, or managing the gas header, one or both substrates are divided into a plurality of divided members, for example, a portion corresponding to the inlet gas chamber A and a portion corresponding to the outlet gas chamber B. You can also choose to do so. Furthermore, although the cathode gas header has been described in the above embodiments, the present invention is equally applicable when used in the inlet gas chamber of the anode gas header for supplying the fuel gas into each gas supply manifold. , A similar effect can be obtained.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明によれば、ガス供給配管から各ガ
ス供給マニホールドまでの流路長さがほぼ等しいもので
あり、また、その間の流路内で酸化剤ガスを電池運転に
必要な温度まで熱交換させることができるので、各ガス
供給マニホールド内に流入する酸化剤ガスの温度が均一
なものとなり、各ガス供給マニホールド間ガス温度の偏
差が少なくなる効果がある。また、各単位セル内におい
ても均一な温度分布が図れる効果がある。それにより、
燃料電池の発電効率を向上させることができる。
According to the present invention, the flow path length from the gas supply pipe to each gas supply manifold is substantially the same, and the oxidant gas is provided in the flow path between them at a temperature necessary for battery operation. Since the heat can be exchanged up to the temperature, the temperature of the oxidant gas flowing into each gas supply manifold becomes uniform, and there is an effect that the deviation of the gas temperature between the gas supply manifolds is reduced. Further, there is an effect that a uniform temperature distribution can be achieved in each unit cell. Thereby,
The power generation efficiency of the fuel cell can be improved.

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

【図1】本発明によるカソードガスヘッダーの一部破断
斜視図。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a cathode gas header according to the present invention.

【図2】図1のII-II 線による熱交換用流路部の断面
図。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the heat exchange flow path section taken along line II-II in FIG.

【図3】本発明によるカソードガスヘッダーの他の実施
例を示す図。
FIG. 3 is a view showing another embodiment of the cathode gas header according to the present invention.

【図4】本発明によるカソードガスヘッダーのさらに他
の実施例を示す図。
FIG. 4 is a view showing still another embodiment of the cathode gas header according to the present invention.

【図5】スタックの積層状態を示す図FIG. 5 is a diagram showing a stacked state of a stack.

【図6】従来のカソードガスヘッダーの一部破断斜視
図。
FIG. 6 is a partially cutaway perspective view of a conventional cathode gas header.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 カソードガスヘッダー 2 基板 3 枠板 4 仕切板 5 連結流路 6a 入口側の補強板 6b 出口側の補強板 7 入口ガス流路 8 出口ガス流路 9 熱交換用流路 10 ガス供給口 11 ガス供給流路 12 第2の仕切板 13 ガス流入口 14a, 14b 蓋板 15 ガス供給マニホー
ルド 16 ガス排気マニホールド 17 ガス供給配管 18 ガス排気配管 19 断熱層形成板 20 断熱層 21 第3の仕切板 x 反応前の酸化剤ガス x' 反応後の酸化剤
ガス
1 Cathode Gas Header 2 Substrate 3 Frame Plate 4 Partition Plate 5 Connection Channel 6a Inlet Side Reinforcing Plate 6b Outlet Side Reinforcing Plate 7 Inlet Gas Channel 8 Outlet Gas Channel 9 Heat Exchange Channel 10 Gas Supply Port 11 Gas Supply flow path 12 Second partition plate 13 Gas inlets 14a, 14b Lid plate 15 Gas supply manifold 16 Gas exhaust manifold 17 Gas supply pipe 18 Gas exhaust pipe 19 Heat insulation layer forming plate 20 Heat insulation layer 21 Third partition plate x Reaction Previous oxidant gas x'Oxidant gas after reaction

フロントページの続き (72)発明者 高橋 務 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 吉田 正 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社 日立製作所 日立工場内Front page continuation (72) Inventor Tsutomu Takahashi 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi factory (72) Inventor Tadashi Yoshida 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi, Ibaraki Stock company Hitachi Ltd.Hitachi factory

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一平面上に複数の単位セルを有する内部マ
ニホールド式燃料電池のスタック中に配置されて各単位
セルへガスを給排する燃料電池用ガスヘッダーにおい
て、 対向する側部にガス供給配管及びガス排気配管が接続さ
れ、中央部に前記ガス供給配管からの供給ガスを各単位
セルに供給する複数のガス供給マニホールドが配置さ
れ、前記中央部を挟む両外側に各単位セルからのガス排
気を吸引して前記ガス排気配管に排気する複数のガス排
気マニホールドが配置され、前記ガス供給配管と前記複
数のガス供給マニホールド及び前記複数のガス排気マニ
ホールドと前記ガス排気配管は仕切板で形成された流路
によって接続され、前記ガス供給配管から供給されたガ
スは前記ガス排気が流れる流路と接する流路を流れたの
ち前記複数のガス供給マニホールドに供給されることを
特徴とする燃料電池用ガスヘッダー。
1. A gas header for a fuel cell, which is arranged in a stack of an internal manifold type fuel cell having a plurality of unit cells on one plane and supplies and discharges gas to and from each unit cell, in which gas is supplied to opposite sides. A pipe and a gas exhaust pipe are connected, a plurality of gas supply manifolds for supplying the supply gas from the gas supply pipe to each unit cell are arranged in the central portion, and the gas from each unit cell is sandwiched on both outer sides of the central portion. A plurality of gas exhaust manifolds for sucking exhaust gas and exhausting to the gas exhaust pipes are arranged, and the gas supply pipes, the gas supply manifolds, the gas exhaust manifolds, and the gas exhaust pipes are formed of partition plates. Gas supplied from the gas supply pipe flows through a flow path in contact with a flow path through which the gas exhaust flows, and then the plurality of gases A gas header for a fuel cell, which is supplied to a supply manifold.
【請求項2】供給ガスの流れる流路及びガス排気の流れ
る流路は、前記ガス供給配管が接続された側部の中心と
前記ガス排気配管が接続された側部の中心を結ぶ線に対
して対称形に設けられていることを特徴とする請求項1
記載の燃料電池用ガスヘッダー。
2. The flow path of the supply gas and the flow path of the gas exhaust are with respect to a line connecting the center of the side portion to which the gas supply pipe is connected and the center of the side portion to which the gas exhaust pipe is connected. 2. It is provided symmetrically with respect to each other.
Gas header for fuel cell described.
【請求項3】一平面上に複数の単位セルを有する複合セ
ルを積層したスタックと、前記スタックに積層されて各
単位セルへガスを給排するガスヘッダーとを含む内部マ
ニホールド式燃料電池において、 前記ガスヘッダーは、対向する側部にガス供給配管及び
ガス排気配管が接続され、中央部に前記ガス供給配管か
らの供給ガスを各単位セルに供給する複数のガス供給マ
ニホールドが配置され、前記中央部を挟む両外側に各単
位セルからのガス排気を吸引して前記ガス排気配管に排
気する複数のガス排気マニホールドが配置され、前記ガ
ス供給配管と前記複数のガス供給マニホールド及び前記
複数のガス排気マニホールドと前記ガス排気配管は仕切
板で形成された流路によって接続され、前記ガス供給配
管から供給されたガスは前記ガス排気が流れる流路と接
する流路を流れたのち前記複数のガス供給マニホールド
に供給されるものであることことを特徴とする内部マニ
ホールド式燃料電池。
3. An internal manifold fuel cell comprising a stack in which a plurality of unit cells having a plurality of unit cells are stacked on one plane, and a gas header which is stacked on the stack and supplies and discharges gas to and from each unit cell, The gas header has gas supply pipes and gas exhaust pipes connected to opposite sides thereof, and a plurality of gas supply manifolds for supplying the supply gas from the gas supply pipes to the respective unit cells are arranged in the central portion of the gas header. A plurality of gas exhaust manifolds for sucking gas exhaust from each unit cell and exhausting the gas exhaust pipes to the gas exhaust pipes are disposed on both outer sides of the portion, and the gas supply pipes, the gas supply manifolds, and the gas exhausts are arranged. The manifold and the gas exhaust pipe are connected by a flow path formed by a partition plate, and the gas supplied from the gas supply pipe is the gas exhaust pipe. An internal manifold fuel cell, which is supplied to the plurality of gas supply manifolds after flowing through a flow path in contact with a flow path.
【請求項4】前記供給ガスの流れる流路及びガス排気の
流れる流路は、前記ガス供給配管が接続された側部の中
心と前記ガス排気配管が接続された側部の中心を結ぶ線
に対して対称形に設けられていることを特徴とする請求
項3記載の内部マニホールド式燃料電池。
4. The flow path of the supply gas and the flow path of the gas exhaust are lines connecting a center of a side portion to which the gas supply pipe is connected and a center of a side portion to which the gas exhaust pipe is connected. The internal manifold fuel cell according to claim 3, wherein the internal manifold fuel cell is provided symmetrically with respect to the internal manifold fuel cell.
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