JPH0750614B2 - Fuel cell - Google Patents
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- JPH0750614B2 JPH0750614B2 JP2268751A JP26875190A JPH0750614B2 JP H0750614 B2 JPH0750614 B2 JP H0750614B2 JP 2268751 A JP2268751 A JP 2268751A JP 26875190 A JP26875190 A JP 26875190A JP H0750614 B2 JPH0750614 B2 JP H0750614B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池、特に、電池内に供給するガスの加熱
昇温を、電池から排気されるガスの排熱を利用するよう
にした燃料電池構造、及びそこに用いられるガスヘッダ
ーの構造に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a fuel for heating and raising the temperature of the gas supplied to the cell by utilizing the exhaust heat of the gas exhausted from the cell. The present invention relates to a battery structure and a gas header structure used therein.
従来の燃料電池は、例えば日本工業新聞社、エネルギ
ー、Vol.24,No.4,p.30(1990)MW級MCFC発電プラントに
記載されているように、燃料ガスであるアノードガスは
改質器から得られるガスを使用し、また、酸化剤ガスで
あるカソードガスは、改質器からの排ガスとコンプレッ
サーからの空気及び燃料電池から排出されるカソードガ
スを循環させ、それらを混合して使用するようになって
いる(第7図にその概略を示す)。The conventional fuel cell is, for example, as described in Nihon Kogyo Shimbun Co., Ltd., Energy, Vol.24, No.4, p.30 (1990) MW class MCFC power generation plant, the anode gas that is the fuel gas is reformed. The gas obtained from the reactor is used, and the cathode gas, which is the oxidant gas, circulates the exhaust gas from the reformer, the air from the compressor and the cathode gas discharged from the fuel cell, and mixes them. (Fig. 7 shows its outline).
溶融炭酸塩型燃料電池の場合、運転温度は650℃附近と
考えられており、電池の発電方法としては、発電開始時
に、積層電池を周囲の加熱ヒータにより650℃附近まで
加熱した後に、アノード及びカソードガスを供給する。
電池内では電気化学反応による発熱及び電気イオンの伝
導に伴う発熱があるため、電池内温度は上昇する。従っ
て、発電開始一定時間後には周囲の加熱ヒータは遮断
し、電池だけの自立運転となる。In the case of a molten carbonate fuel cell, the operating temperature is considered to be around 650 ° C. As a method of power generation for the cell, at the start of power generation, after heating the laminated battery to around 650 ° C by the heater around it, the anode and Supply cathode gas.
The temperature inside the battery rises due to the heat generated by the electrochemical reaction and the heat generated by the conduction of electric ions in the battery. Therefore, after a certain period of time from the start of power generation, the surrounding heaters are shut off, and only the battery operates independently.
この場合、電池へ供給されるガス温度も当然のことなが
ら、650℃レベルの高温ガスであることが要求される。
アノードガスであるH2ガスは、前記従来例のプラントの
システム図(第7図)で示されるような改質器からのガ
スを用いた場合、ガス温度は700℃以上で比較的高温で
あるが、カソードガスであるCO2と空気の混合ガスは、
コンプレッサーから供給される圧縮空気の温度が比較的
低温なため、改質器からの排ガス及び電池からの循環ガ
スになどによる昇温を考慮しても、電池へ供給するに
は、更に他の加熱手段によりガス温度を昇温する必要が
あった。In this case, the gas temperature supplied to the battery is naturally required to be a high temperature gas of 650 ° C. level.
H 2 gas is the anode gas, when using a gas from the prior art system diagram of a plant reformer as shown in (Figure 7), the gas temperature is at a relatively high temperature at 700 ° C. or higher However, the mixed gas of CO 2 and air, which is the cathode gas,
Since the temperature of the compressed air supplied from the compressor is relatively low, even if the temperature rise due to the exhaust gas from the reformer and the circulating gas from the battery is taken into consideration, another heating It was necessary to raise the gas temperature by means.
そのために、従来の発電プラントにあっては、通常、カ
ソードガス供給ラインにガス加熱器を設けカソードガス
を650℃レベルまで加熱するようにしている。しかしな
がら、このようにガスラインに加熱器を設けることは、
近年の燃料電池の高出力化、それに伴うガス供給量の多
量化を考えると、そのガスを加熱するための補機装置は
大型化し、またその駆動に必要とされる動力も増大する
ことからシステム全体としての発電効率か低下するとい
う問題を有している。Therefore, in a conventional power plant, a gas heater is usually provided in the cathode gas supply line to heat the cathode gas to a level of 650 ° C. However, providing a heater in the gas line in this way
Considering the recent increase in the output of fuel cells and the accompanying increase in the amount of gas supply, the auxiliary equipment for heating the gas becomes large, and the power required to drive it also increases. There is a problem that the power generation efficiency as a whole decreases.
また、上記した従来技術のように、燃料電池への供給ガ
ス昇温方法について、特段の配慮が成されていないもの
にあっては、ガス加熱器などの補機を用いない場合は、
燃料電池への供給ガス温度が低下し、発電性能が低下す
るという問題を有している。In addition, as in the above-mentioned conventional technique, regarding the method of raising the temperature of the supply gas to the fuel cell, in the case where no special consideration is made, when an auxiliary device such as a gas heater is not used,
There is a problem that the temperature of the gas supplied to the fuel cell is lowered and the power generation performance is lowered.
本発明は上記従来の燃料電池のもつ問題点を解決し、燃
料電池への供給ガス温度を特別の補機を用いることなく
加熱,昇温し得るようにすることを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional fuel cell and to allow the temperature of the gas supplied to the fuel cell to be heated and raised without using a special auxiliary device.
また、本発明の他の目的は燃料電池への供給ガス温度を
特別の補機を用いることなく加熱,昇温し得るように特
に設計されたガスヘッダーを提供することにある。Another object of the present invention is to provide a gas header that is specially designed so that the temperature of the gas supplied to the fuel cell can be heated and raised without using any special auxiliary equipment.
さらに本発明の他の目的は上記の手段を用いた発電効率
の高い燃料電池を提供することにある。Still another object of the present invention is to provide a fuel cell using the above means and having high power generation efficiency.
上記目的は、電解質板、それを両側から挟むアノート及
びカソード、燃料ガスであるアノードガスと酸化剤ガス
であるカソードガスを分離するセパレータ板とを有する
単位電池を積層した燃料電池におて、燃料電池に設けた
前記燃料ガス又は酸化剤ガスの給気管と排気管とを2重
管構造をもつ一本の管体により構成し、2重管の一方を
給気管、他方を排気管として用いるようにすることによ
り達成される。The above-mentioned object is a fuel cell in which a unit cell having an electrolyte plate, an anode and a cathode sandwiching the electrolyte plate from both sides, and a separator plate for separating an anode gas which is a fuel gas and a cathode gas which is an oxidant gas are laminated, The fuel gas or oxidant gas supply pipe and the exhaust pipe provided in the battery are constituted by a single pipe body having a double pipe structure, and one of the double pipes is used as an intake pipe and the other is used as an exhaust pipe. It is achieved by
その場合に、2重管構造とした給排気管を酸化剤ガスの
給排気管とし、その内側管をガス供給管、外側管をガス
排気管とすることにより、カソードガスを昇温する目的
をより有効に達成することができる。In this case, the purpose of raising the temperature of the cathode gas is to use a dual-pipe supply / exhaust pipe as an oxidant gas supply / exhaust pipe, an inner pipe as a gas supply pipe, and an outer pipe as a gas exhaust pipe. It can be achieved more effectively.
さらに、2重管構造とした給排気管を燃料電池の両側辺
部分に相対抗させて対として設け、それぞれ、一方の給
排気管から給気されたガスを他方の給排気管から排気さ
れる構造とするとともに、各単位電池のガス流の方向
を、隣接する単位電池ごとに逆方向とすることにより、
単位電池内での温度勾配が均一な燃料電池を得ることが
でき、より目的を達成することができる。Further, a supply / exhaust pipe having a double pipe structure is provided as a pair so as to be opposed to both side portions of the fuel cell, and gas supplied from one supply / exhaust pipe is exhausted from the other supply / exhaust pipe, respectively. With the structure, by making the gas flow direction of each unit cell the opposite direction for each adjacent unit cell,
A fuel cell having a uniform temperature gradient in a unit cell can be obtained, and the object can be achieved more.
また、本発明は、上記の目的を達成するのに有効に用い
ることの可能な、ガス給排気用ヘッダーをも提供する。
すなわち、ガス給排気用ヘッダー内の一つの側辺部分
に、給気チャンバーと排気チャンバーとの双方を形成し
該給気チャンバーへの給気管と該排気チャンバーからの
排気管とを2重管構造をもつ一本の管体に対して、該2
重管の一方を該給気管に他方を該排気管にそれぞれ接続
した構造の、燃料電池に用いるガス給排気用ヘッダーを
提供する。The present invention also provides a gas supply / exhaust header that can be effectively used to achieve the above object.
That is, both the air supply chamber and the exhaust chamber are formed in one side portion in the gas supply / exhaust header, and the air supply pipe to the air supply chamber and the exhaust pipe from the exhaust chamber have a double pipe structure. For one tube with
There is provided a gas supply / exhaust header for use in a fuel cell, which has a structure in which one of the heavy pipes is connected to the air supply pipe and the other is connected to the exhaust pipe.
さらに、そのような2重管構造を、ガス給排気用ヘッダ
ー内の相対抗する二つの側辺部分に、給気チャンバーと
排気チャンバーとの双方をそれぞれ形成し該給気チャン
バーへの給気管と該排気チャンバーからの排気管とを2
重管構造をもつ一本の管体に対して、該一方の2重管の
給気管から給気されたガスを他方の2重管の排気管から
排気されるように接続した構造のガス給排気用ヘッダー
を用いることにより、単位電池内での温度勾配が均一な
燃料電池を得ることができ、さらに目的を達成すること
が可能となる。Further, such a double pipe structure is provided with two air supply chambers and an exhaust chamber at two side portions of the gas supply / exhaust header that face each other, and an air supply pipe for the air supply chamber is provided. 2 with the exhaust pipe from the exhaust chamber
A gas supply having a structure in which one tube having a heavy pipe structure is connected so that the gas supplied from the air supply pipe of the one double pipe is exhausted from the exhaust pipe of the other double pipe. By using the exhaust header, it is possible to obtain a fuel cell having a uniform temperature gradient in the unit cell, and further it is possible to achieve the object.
燃料電池のガス給排気管を二重管構造としたことによ
り、例えば内側管を電池への供給ガス流路、外側管を電
池からの排気ガス流路とすることが可能となり、電池か
ら排気される高温ガスにより、電池への供給ガスを加熱
昇温することができる。これにより、ガス供給ラインに
加熱器等の補機を設ける必要がなくなり、システム全体
の発電効率を向上させることができ、さらに、システム
のコンパクト化も達成することができる。By adopting a double-pipe structure for the gas supply / exhaust pipe of the fuel cell, for example, it becomes possible to use the inner pipe as the supply gas flow path to the cell and the outer pipe as the exhaust gas flow path from the cell, and to exhaust the gas from the cell With the high temperature gas, the gas supplied to the battery can be heated and heated. As a result, it is not necessary to provide an auxiliary device such as a heater in the gas supply line, the power generation efficiency of the entire system can be improved, and the system can be made compact.
特に好ましくは、燃料電池に設けられるガス供給及び排
気のためのヘッダー部に二重管構造の給排気管を直接接
続することにより、配管の途中で管路が冷却されガス温
度が低下するという問題もなくなり、電池への高温ガス
供給を一層良好なものとすることができる。Particularly preferably, by directly connecting the supply / exhaust pipe of the double pipe structure to the header portion for gas supply and exhaust provided in the fuel cell, the pipeline is cooled in the middle of the pipe and the gas temperature lowers. And the supply of high temperature gas to the battery can be further improved.
以下、本発明の実施例を添付図面により説明する。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。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First
An embodiment of the present invention is shown in FIGS.
第1図に示されているように単位電池を積層した積層電
池1の下端には外部から電池1へ、あるいは電池1から
外部へガスを給排気するためのガスヘッダー2が位置し
ている。このガスヘッダー2には酸化剤ガスのための給
気管が内側管3として及び排気管が外側管4として構成
された二重管構造の給排気管Pと燃料ガスのための給気
管5及び排気管6とが取り付けられている。As shown in FIG. 1, a gas header 2 for supplying and exhausting gas from the outside to the battery 1 or from the battery 1 to the outside is located at the lower end of the laminated battery 1 in which unit batteries are laminated. In this gas header 2, a supply / exhaust pipe P having a double pipe structure in which a supply pipe for an oxidant gas is configured as an inner pipe 3 and an exhaust pipe is configured as an outer pipe 4, and a supply pipe 5 for fuel gas and an exhaust are provided. A tube 6 is attached.
ガスヘッダー2の上には、電解質板7とセパレータ板8
とが、電極(図示されない)を挟んで交互に積層され、
一つの積層電池が構成されている。An electrolyte plate 7 and a separator plate 8 are provided on the gas header 2.
And are alternately stacked with electrodes (not shown) in between,
One laminated battery is configured.
第2図はガスヘッダー2の内部構造を示している。ガス
ヘッダー2内は、燃料ガスの給、排気用チャンバー10,1
1及び酸化剤ガスの給,排気用チャンバー12、13に分割
されており、燃料ガスの給気用チャンバー10には給気管
5が、排気用チャンバー11には排気管6が接続されてい
る。FIG. 2 shows the internal structure of the gas header 2. The inside of the gas header 2 is a chamber for supplying and exhausting fuel gas 10,1
1 and an oxidant gas supply / exhaust chamber 12, 13. The fuel gas supply chamber 10 is connected to an intake pipe 5, and the exhaust chamber 11 is connected to an exhaust pipe 6.
また、酸化剤ガスの給気用チャンバー12には前記した給
気管としての内側管3が接続しており、該内側管3は、
対抗する側に位置する排気用チャンバー13内を通過して
外方にまで延出している。一方、排気用チャンバー13に
は前記した排気管としての外側管4が、前記給気用内側
管3を内部に包含する状態で外方に延出している。従っ
て、内側管3と外側管4とは、2重管構造をなす形で排
気用チャンバーから延出し2重管構造の給排気管Pを構
成する構造となっている(第1図参照)。Further, the inner tube 3 as the above-mentioned air supply tube is connected to the chamber 12 for supplying the oxidizing gas, and the inner tube 3 is
It passes through the exhaust chamber 13 located on the opposite side and extends to the outside. On the other hand, in the exhaust chamber 13, the outer pipe 4 as the exhaust pipe described above extends outward in a state of including the air supply inner pipe 3 inside. Therefore, the inner pipe 3 and the outer pipe 4 have a structure which extends from the exhaust chamber in a double pipe structure to form a supply / exhaust pipe P having a double pipe structure (see FIG. 1).
そして、それぞれの給気チャンバー10、12には積層電池
へガスを給気するためのマニホールド14、15が、また、
排気チャンバー11、13にはガスを排気するためのマニホ
ールド16、17が設けられている。Then, in each of the air supply chambers 10 and 12, manifolds 14 and 15 for supplying gas to the laminated battery are provided, and
The exhaust chambers 11 and 13 are provided with manifolds 16 and 17 for exhausting gas.
外部から供給された燃料ガスG1と、2重管構造の給排気
管Pの内側管3を流れた酸化剤ガスG2は、それぞれガス
ヘッダー2内のチャンバー10、12に流入し、そこから各
ガスの供給用マニホールド14、15へ流入し、各単位電池
へ分配される。そして、各単位電池内で電気化学反応に
より発電した後、燃料ガスはその残ガスと生成ガスとの
混合ガスG1′として、排出用マニホールド16を通って、
排気チャンバー11に流入した後、排気管6より、電池外
に流出する。他方、酸化剤の排出ガスG2′は排出用マニ
ホールド17を通って、ガスヘッダー2内のチャンバー13
に流入した後、2重管構造の給排気管Pの外側管4であ
る排気管を通過して電池外へ流出する。The fuel gas G1 supplied from the outside and the oxidant gas G2 flowing through the inner pipe 3 of the supply / exhaust pipe P of the double pipe structure respectively flow into the chambers 10 and 12 in the gas header 2, and from there, each gas. Flow into the supply manifolds 14 and 15 and are distributed to each unit cell. Then, after power generation by an electrochemical reaction in each unit cell, the fuel gas is passed through the discharge manifold 16 as a mixed gas G1 ′ of the residual gas and the generated gas,
After flowing into the exhaust chamber 11, it flows out of the battery through the exhaust pipe 6. On the other hand, the exhaust gas G2 ′ of the oxidant passes through the exhaust manifold 17 and passes through the chamber 13 in the gas header 2.
And then flows out of the battery through the exhaust pipe which is the outer pipe 4 of the supply / exhaust pipe P having the double pipe structure.
本発明の効果について説明する。通常、供給ガスは、そ
の入口部と出口部との間で温度の上昇が伴う。第3図
は、電池内のガス温度変化を示すもので、測定した電池
の形状は、従来の電池と同様に酸化剤ガスを一本の流入
管によりガスヘッダー内へ流入させたものであり、ガス
ヘッダー内の入口ガス温度が550℃となるように、配管
途中に加熱器を設け、ガスを加熱昇温した場合である。
第3図に示すように、入口部において550℃で流入した
ガスは、電池内の発電に伴う熱発生により、出口部では
730℃附近と約180℃も温度上昇する。The effects of the present invention will be described. Usually, the feed gas is accompanied by an increase in temperature between its inlet and outlet. FIG. 3 shows a change in gas temperature in the battery. The measured battery shape is the same as that in the conventional battery, in which the oxidant gas is flowed into the gas header through one inflow pipe. This is a case where a heater is provided in the middle of the pipe to heat the temperature of the gas so that the inlet gas temperature in the gas header becomes 550 ° C.
As shown in FIG. 3, the gas flowing at 550 ° C. at the inlet part generates heat at the outlet part due to heat generation accompanying power generation in the battery,
The temperature rises around 730 ℃ and about 180 ℃.
本発明はこのガス温度の上昇に着目して得られたもの
で、第1図及び第2図の実施例に示すように、酸化剤ガ
スの配管を内側管3と外側管4とからなる二重管構造と
し、その内側管3を流入用配管、外側管4を流出用配管
としたことにより、排出ガスG2′の排熱を用いて、入口
ガスG2を加熱昇温するようにしている。The present invention was obtained by paying attention to the rise in the gas temperature. As shown in the embodiment of FIGS. 1 and 2, the oxidant gas pipe is composed of an inner pipe 3 and an outer pipe 4. Since the inner pipe 3 has an inflow pipe and the outer pipe 4 has an outflow pipe, the exhaust gas G2 'is exhausted to heat the inlet gas G2.
この実施例において、配管構造としては、第2図に基づ
き先に記したようにガスヘッダー2に直接二重管構造の
給排気管Pを取付け、ガスヘッダー2内をガス給気管と
しての内管3を貫通させガス供給側チャンバー12に接続
する。ガスヘッダー2内は、高温ガスによる放熱によ
り、高温雰囲気となっており、ガス流入管としての内管
3を冷却することなく供給用ガスチャンバー12に酸化剤
ガスG2を流入させることが可能となる。In this embodiment, as the piping structure, as described above with reference to FIG. 2, the gas header 2 is directly attached with the supply / exhaust pipe P having a double pipe structure, and the inside of the gas header 2 is used as a gas supply pipe. 3 is penetrated and is connected to the gas supply side chamber 12. The inside of the gas header 2 is in a high temperature atmosphere due to heat dissipation by the high temperature gas, and it becomes possible to flow the oxidant gas G2 into the supply gas chamber 12 without cooling the inner pipe 3 as the gas inflow pipe. .
以上のように、本実施例によれば、積層電池への供給ガ
スの加熱昇温を、特別の補機を用いることなく排気ガス
の排熱により実施するようにしたので、電池全体の発電
システムの効率向上を達成するばかりでなく、システム
のコンパクト化も図ることができる。As described above, according to the present embodiment, the heating temperature of the supply gas to the laminated battery is raised by the exhaust heat of the exhaust gas without using a special auxiliary machine. Not only can the efficiency be improved, but the system can be made compact.
第4図は本発明による他の実施例を示している。この実
施例においても、ガスガスヘッダー2には、燃料ガスの
ための給、排気チャンバー10、11が相対抗する側辺部
に、また、酸化剤ガスのためのチャンバーが、ガスヘッ
ダー2内の他の対抗している側辺部に形成されている
が、酸化剤ガスのためのチャンバーの構成が第1の実施
例のものと相違している。FIG. 4 shows another embodiment according to the present invention. Also in this embodiment, the gas gas header 2 is provided with a side portion where the supply and exhaust chambers 10 and 11 for the fuel gas face each other, and a chamber for the oxidant gas is provided in the other side of the gas header 2. However, the chamber for the oxidizing gas is different from that of the first embodiment.
第4図に示されるように、図において、上下方向に位置
している二つの酸化剤ガス用のチャンバーの一方には、
酸化剤ガスの給気用ガスチャンバー12Aと排気用チャン
バー13Bとを、及び他方には同様に酸化剤ガスの給気用
ガスチャンバー12Bと排気用チャンバー13Aとを配置さ
せ、さらに供給用ガスチャンバー12A、12Bには給気用マ
ニホールド15A,15Bを、また、排気用チャンバー13B、13
Aには排気用マニホールド17B、17Aとをそれぞれ形成す
る。As shown in FIG. 4, one of the two chambers for the oxidant gas located vertically is
An oxidizing gas supply gas chamber 12A and an exhaust chamber 13B are arranged, and an oxidizing gas supply gas chamber 12B and an exhaust chamber 13A are similarly arranged, and the supply gas chamber 12A is further arranged. , 12B are air supply manifolds 15A, 15B, and exhaust chambers 13B, 13B.
Exhaust manifolds 17B and 17A are formed in A, respectively.
さらに、それぞれの給気用ガスチャンバー12A、12Bには
酸化剤ガス給気管が内側管3A、3Bとして接続しており、
排気用ガスチャンバー13B、13Aには、排気管が、第1図
の実施例の場合と同様に、内側管3A、3Bを覆うような形
で、外側管4A、4Bとして接続していて、内側管と外側管
とで、2重管構造の給排気管P、P′を形成している。Furthermore, oxidant gas air supply pipes are connected to the respective gas supply gas chambers 12A and 12B as inner pipes 3A and 3B,
Exhaust pipes are connected to the exhaust gas chambers 13B and 13A as outer pipes 4A and 4B so as to cover the inner pipes 3A and 3B as in the case of the embodiment shown in FIG. The pipe and the outer pipe form supply / exhaust pipes P and P'having a double pipe structure.
そして、二重管内の内側管3A、3Bを通った酸化剤ガスG2
は、両側辺部の給気用ガスチャンバー13A、13Bにそれぞ
れ流入し、マニホールド15A、15Bを通って各単位電池へ
供給される。各単位電池からの排気ガスG2′はマニホー
ルド17A、17Bを通って排気用ガスチャンバー13A,13Bに
戻り、二重管構造の給排気管Pの外側管4A、4Bを通って
外部へ流出する。Then, the oxidant gas G2 that has passed through the inner tubes 3A and 3B in the double tube
Flows into the gas supply gas chambers 13A and 13B on both sides, respectively, and is supplied to each unit cell through the manifolds 15A and 15B. Exhaust gas G2 'from each unit battery returns to the exhaust gas chambers 13A, 13B through the manifolds 17A, 17B, and flows out to the outside through the outer pipes 4A, 4B of the double pipe structure supply / exhaust pipe P.
第5図は本実施例における積層電池内セパレータ8のカ
ソード面の形状を示しており、積層電池は、供給用マニ
ホールド15Bから酸化剤ガスの供給を受けるカソードB
面を持つ単位電池(第5図(b))と供給用マニホール
ド15Aから酸化剤ガスの供給を受けるカソードA面を持
つ単位電池(第5図(a))とが、交互に積層された形
で形成されている。図に示すように、セパレータ8のマ
ニホールド15B、15Aから流入した酸化剤ガスG2は、それ
ぞれ、本図では省略したが、必要に応じて設けられるセ
パレータリブにより形成されるガス流路を図(b)、
(a)中の矢印で示すように流れ、排出用マニホールド
17B、17Aに流入し、その後、第4図に示したガスヘッダ
ー2に設けた2重管構造の給排気管Pの外側管4B、4Aを
通り、外部へ排出される。FIG. 5 shows the shape of the cathode surface of the separator 8 in the laminated battery according to the present embodiment. The laminated battery has a cathode B supplied with the oxidizing gas from the supply manifold 15B.
A unit cell having a surface (Fig. 5 (b)) and a unit battery having a surface of a cathode A (Fig. 5 (a)) supplied with the oxidizing gas from the supply manifold 15A are alternately laminated. Is formed by. As shown in the figure, the oxidant gas G2 flowing from the manifolds 15B and 15A of the separator 8 is not shown in the figure, but a gas flow path formed by separator ribs provided as necessary is shown in FIG. ),
Flow as indicated by the arrow in (a), and discharge manifold
After flowing into 17B and 17A, it is then discharged to the outside through the outer pipes 4B and 4A of the supply / exhaust pipe P of the double pipe structure provided in the gas header 2 shown in FIG.
この実施例においては、このような構造にすることによ
り、先の実施例で説明した、排出ガスの排熱による供給
ガスの加熱昇温という効果に加え、積層電池全体の温度
分布を一様化するという効果がある。In this embodiment, by adopting such a structure, in addition to the effect of raising the temperature of the supply gas by the exhaust heat of the exhaust gas described in the previous embodiment, the temperature distribution of the entire laminated battery is made uniform. There is an effect of doing.
すなわち、この温度分布一様化について説明すると、第
3図で示したようにガスの流れ方向が一方向からの場
合、ガスの入口部と出口部では大きな温度差がある。こ
の温度差は積層電池全体についても言えることであり、
電池内の温度分布が不均一になる。電池内の温度分布が
不均一となると、電池の性能、寿命、信頼性を考えた場
合、反応分布の不均一に伴う性能低下や、熱応力の増
大、材料腐食要因の増加など種々の問題が生じる。そこ
で、この温度分布を一様化する手段として、本実施例の
電池構造が有効となる。That is, to explain the uniformization of the temperature distribution, as shown in FIG. 3, when the gas flow direction is from one direction, there is a large temperature difference between the gas inlet portion and the gas outlet portion. This temperature difference can be said for the whole laminated battery,
The temperature distribution in the battery becomes uneven. If the temperature distribution in the battery becomes non-uniform, various problems such as performance deterioration due to non-uniform reaction distribution, increase in thermal stress, and increase in material corrosion factors will occur when considering the performance, life and reliability of the battery. Occurs. Therefore, the battery structure of this embodiment is effective as a means for making this temperature distribution uniform.
第6図は本実施例におけるカソード面のガス流れ方向の
温度と、積層電池の温度変化を示している。同図の破線
aは第4図(a)のカソードA面についての温度変化を
示しており、破線bは第4図(b)のカソードB面につ
いての温度変化を示している。それぞれの単位電池にお
いては、上記したようにガスの入口,出口間で大きな温
度差が生じ、積層電池の温度分布も不均一となってい
る。FIG. 6 shows the temperature in the gas flow direction on the cathode surface and the temperature change of the laminated battery in this example. A broken line a in the figure shows a temperature change on the cathode A surface in FIG. 4 (a), and a broken line b shows a temperature change on the cathode B surface in FIG. 4 (b). In each unit cell, a large temperature difference occurs between the gas inlet and the gas outlet as described above, and the temperature distribution of the laminated battery is also non-uniform.
そこで、このガス流れ方向を第4図の(a),(b)に
示すように、積層電池の各単位電池毎に交互に逆方向の
流れとなるようにする。このようにすることにより、第
6図で示すように、カソードA面と隣合うカソードB面
は破線bで示したような温度変化となり、この両面を積
層した場合に、高温領域と低温領域が重なり合うため、
相互の熱移動により、積層電池全体としては図の実線で
示すように、入口,出口間で一様な温度変化となり、温
度分布の一様な燃料電池とすることができる。Therefore, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the gas flow direction is made to alternately flow in the opposite direction for each unit cell of the laminated battery. By doing so, as shown in FIG. 6, the cathode A surface and the adjacent cathode B surface have a temperature change as shown by the broken line b, and when both surfaces are laminated, a high temperature region and a low temperature region are generated. Because they overlap
Due to mutual heat transfer, the temperature of the laminated cell as a whole changes uniformly between the inlet and the outlet as shown by the solid line in the figure, and a fuel cell with a uniform temperature distribution can be obtained.
以上のように、本実施例によれば、先の実施例の効果の
他に、積層電池全体の温度分布を一様化することが可能
となり、性能、寿命、信頼性などがさらに優れた燃料電
池を得ることができる。As described above, according to this example, in addition to the effects of the previous example, it becomes possible to make the temperature distribution of the entire laminated battery uniform, and the fuel with further excellent performance, life, reliability, etc. You can get a battery.
以上の説明においては、酸化剤ガスの給、排気のための
配管を2重管構造にしたものについて説明をしてきた
が、給、排気のための配管の構造をを2重管構造とする
技術思想は、必要に応じ、燃料ガスの給、排気のための
配管にも、適用し得ることは明らかであろう。また、燃
料ガス及び酸化剤ガス双方の給排気管構造に用いても良
いものである。In the above description, the pipe for supplying and exhausting the oxidant gas has been described as having a double pipe structure. However, the technology for making the pipe structure for supplying and exhausting the double pipe structure It will be apparent that the idea can be applied to piping for fuel gas supply and exhaust as necessary. Further, it may be used for the structure of the supply and exhaust pipes for both the fuel gas and the oxidant gas.
本発明によれば、積層電池への供給ガスの加熱昇温を、
排気ガスの排熱により実施することができるので、電池
全体の発電システムの効率が向上し、システムのコンパ
クト化を図ることができる。According to the present invention, the heating temperature of the supply gas to the laminated battery is raised,
Since it can be performed by exhaust heat of exhaust gas, the efficiency of the power generation system for the entire battery is improved, and the system can be made compact.
また、積層電池の各単位電池のガス流れ方向を逆方向と
することが可能となり、積層電池全体の温度分布一様化
が図られ、性能、寿命、信頼性の優れた燃料電池を得る
ことができる。Further, the gas flow direction of each unit cell of the laminated battery can be made to be the opposite direction, the temperature distribution of the entire laminated battery can be made uniform, and a fuel cell excellent in performance, life and reliability can be obtained. it can.
第1図は本発明の一実施例の電池積層構造を示す図、第
2図はガスガスヘッダー内の構造を示す図、第3図は電
池内のガス温度変化を示す図、第4図は本発明の他の実
施例におけるガスガスヘッダー内の構造を示す図、第5
図はセパレータ内のガス流れ方向を説明する図、第6図
は電池内ガス温度と積層電池の温度変化を示す図、及び
第7図は、従来例における燃料電池を用いた発電ブラン
トのシステム構成図である。 1……積層電池、2……ガスヘッダー、3……内側管、
4……外側管、P……二重管構造の給排気管、5……燃
料ガス用給気管、6……燃料ガス用排気管、7……電解
質板、8……セパレータ板、10……燃料ガスの給気用チ
ャンパー、11……燃料ガスの排気用チャンパー、12……
酸化剤ガスの給気用チャンパー、13……酸化剤ガスの排
気用チャンパー、14、15……給気マニホールド、16、17
……排気マニホールド、G1……燃料ガス、G1′……燃料
ガスの排気ガス、G2……酸化剤ガス、G2′……酸化剤ガ
スの排気ガスFIG. 1 is a diagram showing a battery laminated structure of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a structure in a gas gas header, FIG. 3 is a diagram showing a gas temperature change in a battery, and FIG. 4 is a book. The figure which shows the structure in the gas gas header in the other Example of invention, 5th
FIG. 6 is a diagram for explaining the gas flow direction in the separator, FIG. 6 is a diagram showing a gas temperature in the cell and a temperature change of the laminated cell, and FIG. 7 is a system configuration of a power generation blunt using a fuel cell in a conventional example. It is a figure. 1 ... laminated battery, 2 ... gas header, 3 ... inner tube,
4 ... Outer pipe, P ... Supply / exhaust pipe of double pipe structure, 5 ... Fuel gas supply pipe, 6 ... Fuel gas exhaust pipe, 7 ... Electrolyte plate, 8 ... Separator plate, 10 ... … Fuel gas supply champer, 11 …… Fuel gas exhaust champer, 12 ……
Oxidant gas supply chamfer, 13 …… Oxidant gas exhaust champer, 14, 15 …… Air supply manifold, 16, 17
...... Exhaust manifold, G1 …… Fuel gas, G1 ′ …… Fuel gas exhaust gas, G2 …… Oxidizing gas, G2 ′ …… Oxidizing gas exhaust gas
Claims (6)
びカソード、燃料ガスであるアノードガスと酸化剤ガス
であるカソードガスを分離するセパレータ板とを有する
単位電池を積層した燃料電池におて、燃料電池に設けた
前記燃料ガス及び/又は酸化剤ガスの給気管と排気管と
を2重管構造をもつ一本の管体により構成し、2重管の
一方を給気管、他方を排気管として用いるようにしたこ
としたことを特徴とする燃料電池。1. A fuel cell in which unit cells having an electrolyte plate, an anode and a cathode sandwiching the electrolyte plate from both sides, and a separator plate for separating an anode gas as a fuel gas and a cathode gas as an oxidant gas are laminated, The air supply pipe and the exhaust pipe for the fuel gas and / or the oxidant gas provided in the fuel cell are configured by a single pipe body having a double pipe structure, one of the double pipes is an air supply pipe, and the other is an exhaust pipe. A fuel cell, which is characterized by being used as a fuel cell.
管構造とした給排気管の内側管をガス供給管、外側管を
ガス排気管としたことを特徴とする燃料電池。2. The fuel cell according to claim 1, wherein a supply / exhaust pipe having a double pipe structure has a gas supply pipe as an inner pipe and a gas exhaust pipe as an outer pipe.
て、2重管構造とした給排気管が酸化剤ガスの給排気管
であることを特徴とする燃料電池。3. The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the supply / exhaust pipe having a double-pipe structure is an oxidant gas supply / exhaust pipe.
て、2重管構造とした給排気管を相対抗させて対として
設け、それぞれ、一方の給排気管から給気されたガスを
他方の給排気管から排気される構造とするとともに、各
単位電池のガス流の方向を、隣接する単位電池ごとに逆
方向としたことを特徴とする燃料電池。4. The fuel cell according to claim 1, wherein the supply / exhaust pipes having a double pipe structure are provided as a pair so as to face each other, and the gas supplied from one of the supply / exhaust pipes is supplied to the other. The fuel cell is configured to be exhausted from the air supply / exhaust pipe, and the gas flow direction of each unit cell is set to the opposite direction for each adjacent unit cell.
に、給気チャンバーと排気チャンバーとの双方を形成し
該給気チャンバーへの給気管と該排気チャンバーからの
排気管とを2重管構造をもつ一本の管体に対して、該2
重管の一方を該給気管に他方を該排気管にそれぞれ接続
したことしたことを特徴とする、請求項1ないし4に記
載の燃料電池に用いるガス給排気用ヘッダー。5. An air supply chamber and an exhaust chamber are formed at one side portion in a gas supply / exhaust header, and an air supply pipe to the air supply chamber and an exhaust pipe from the exhaust chamber are provided in two sides. For one tube with a heavy tube structure,
The gas supply / exhaust header for use in a fuel cell according to claim 1, wherein one of the heavy pipes is connected to the air supply pipe and the other is connected to the exhaust pipe.
の側辺部分に、給気チャンバーと排気チャンバーとの双
方をそれぞれ形成し該給気チャンバーへの給気管と該排
気チャンバーからの排気管とを2重管構造をもつ一本の
管体に対して、該一方の2重管の給気管から給気された
ガスを他方の2重管の排気管から排気されるように接続
した構造としたことを特徴とする、請求項5に記載の燃
料電池に用いるガス給排気用ヘッダー。6. A gas supply / exhaust header is provided with two air supply chambers and an exhaust chamber, respectively, at two side portions that oppose each other, and an air supply pipe to the air supply chamber and exhaust from the exhaust chamber. The pipe is connected to one pipe body having a double pipe structure so that the gas supplied from the air supply pipe of the one double pipe is exhausted from the exhaust pipe of the other double pipe. The gas supply / exhaust header used in the fuel cell according to claim 5, wherein the header has a structure.
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