JPH09293524A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
- Publication number
- JPH09293524A JPH09293524A JP8107347A JP10734796A JPH09293524A JP H09293524 A JPH09293524 A JP H09293524A JP 8107347 A JP8107347 A JP 8107347A JP 10734796 A JP10734796 A JP 10734796A JP H09293524 A JPH09293524 A JP H09293524A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- fuel
- electrode
- fuel cell
- manifold
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】 反応ガス入口側及び出口側のガス密度の偏差
をなくし、積層上下方向におけるガス流量の均一化を可
能とした、高効率の燃料電池発電装置を提供する。 【解決手段】 空気極１１と燃料極１２からなる積層セ
ル１の側面に、空気供給用ガスマニホールド７ａ、燃料
ガス供給用ガスマニホールド７ｂ、空気排出用ガスマニ
ホールド７ｃ及び燃料ガス排出用ガスマニホールド７ｄ
が取付けられて燃料電池本体が構成されている。また、
空気極に供給される空気の温度を制御するために、空気
供給用ガスマニホールド７ａの上流側ラインに、空気供
給側加熱装置１８及びガス温度センサ２２が設置されて
いる。
をなくし、積層上下方向におけるガス流量の均一化を可
能とした、高効率の燃料電池発電装置を提供する。 【解決手段】 空気極１１と燃料極１２からなる積層セ
ル１の側面に、空気供給用ガスマニホールド７ａ、燃料
ガス供給用ガスマニホールド７ｂ、空気排出用ガスマニ
ホールド７ｃ及び燃料ガス排出用ガスマニホールド７ｄ
が取付けられて燃料電池本体が構成されている。また、
空気極に供給される空気の温度を制御するために、空気
供給用ガスマニホールド７ａの上流側ラインに、空気供
給側加熱装置１８及びガス温度センサ２２が設置されて
いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単位セルを多数積
層してなる燃料電池に係り、特に、燃料電池の積層上下
方向のガス配流を均一化すべく改良を施した燃料電池に
関するものである。
層してなる燃料電池に係り、特に、燃料電池の積層上下
方向のガス配流を均一化すべく改良を施した燃料電池に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料の保有しているエネルギーを、直接
電気エネルギーに変換する装置として燃料電池が知られ
ている。この燃料電池は、通常電解質層を挟んで一対の
電極板を配置するとともに、一方の電極板の背面に燃料
ガスを、また他方の電極板の背面に酸化剤ガスをそれぞ
れ接触させ、この時に起こる電気化学反応を利用して、
上記一対の電極板間から電気エネルギーを連続して取り
出すようにしたものである。
電気エネルギーに変換する装置として燃料電池が知られ
ている。この燃料電池は、通常電解質層を挟んで一対の
電極板を配置するとともに、一方の電極板の背面に燃料
ガスを、また他方の電極板の背面に酸化剤ガスをそれぞ
れ接触させ、この時に起こる電気化学反応を利用して、
上記一対の電極板間から電気エネルギーを連続して取り
出すようにしたものである。
【０００３】このような燃料電池の発電システムは、比
較的小さな規模でも発電の熱効率が４０〜５０％にも達
し、新鋭火力発電をはるかにしのぐと期待されている。
また、近年大きな社会問題になっている公害要因である
ＳＯx 、ＮＯx の排出が極めて少ない、発電装置内に燃
焼サイクルを含まないので大量の冷却水を必要としな
い、振動が小さいなど、騒音・排ガス等の環境問題も少
ない。さらに、負荷変動に対して応答性が良い、原理的
に高い変換効率が期待できると共に、発電と同時に熱も
利用するコジェネシステムに向いている等の特徴もあ
る。これらの理由から、燃料電池の研究開発には期待と
関心が寄せられている。
較的小さな規模でも発電の熱効率が４０〜５０％にも達
し、新鋭火力発電をはるかにしのぐと期待されている。
また、近年大きな社会問題になっている公害要因である
ＳＯx 、ＮＯx の排出が極めて少ない、発電装置内に燃
焼サイクルを含まないので大量の冷却水を必要としな
い、振動が小さいなど、騒音・排ガス等の環境問題も少
ない。さらに、負荷変動に対して応答性が良い、原理的
に高い変換効率が期待できると共に、発電と同時に熱も
利用するコジェネシステムに向いている等の特徴もあ
る。これらの理由から、燃料電池の研究開発には期待と
関心が寄せられている。
【０００４】以下、酸化剤ガスとして空気を用い、ま
た、燃料ガスとして天然ガスを改質した燃料を用いたリ
ン酸型燃料電池を例に、その構成を説明する。なお、図
１１は、従来のリン酸型燃料電池本体の外観を示す斜視
図であり、図１２はその部分断面図である。両図におい
て、１は複数の単位セル１ａを積層して構成された積層
セルであり、この単位セルは、空気の流通路及び燃料の
流通路となるガス溝２を有する一対のガス拡散電極３間
に、電解質であるリン酸を保持したマトリックスを挟持
させることにより形成されている。なお、この単位セル
１ａにおいて、空気の流通路及び燃料の流通路となるガ
ス溝２は、互いに直交した構成となっている。
た、燃料ガスとして天然ガスを改質した燃料を用いたリ
ン酸型燃料電池を例に、その構成を説明する。なお、図
１１は、従来のリン酸型燃料電池本体の外観を示す斜視
図であり、図１２はその部分断面図である。両図におい
て、１は複数の単位セル１ａを積層して構成された積層
セルであり、この単位セルは、空気の流通路及び燃料の
流通路となるガス溝２を有する一対のガス拡散電極３間
に、電解質であるリン酸を保持したマトリックスを挟持
させることにより形成されている。なお、この単位セル
１ａにおいて、空気の流通路及び燃料の流通路となるガ
ス溝２は、互いに直交した構成となっている。
【０００５】また、前記積層セル１には、起動時には室
温から動作温度まで加熱し、運転時には余剰熱を除去・
冷却して一定温度に維持する必要から、温度調節体であ
る冷却板４が数単位セルごとに挿入・配置されている。
そして、この積層セル１は、その上下部に設けられた集
電板５によって挟持され、ここから電気エネルギーが取
り出されるように構成されている。また、前記集電板５
の上下には締め付け板６が設けられ、この締め付け板６
によって積層セル１を一定荷重で締め付けることによ
り、積層部材間の接触抵抗を低減し、またガスシール性
を得ている。
温から動作温度まで加熱し、運転時には余剰熱を除去・
冷却して一定温度に維持する必要から、温度調節体であ
る冷却板４が数単位セルごとに挿入・配置されている。
そして、この積層セル１は、その上下部に設けられた集
電板５によって挟持され、ここから電気エネルギーが取
り出されるように構成されている。また、前記集電板５
の上下には締め付け板６が設けられ、この締め付け板６
によって積層セル１を一定荷重で締め付けることによ
り、積層部材間の接触抵抗を低減し、またガスシール性
を得ている。
【０００６】さらに、燃料電池本体の４つの側面には、
電池本体に空気を供給するための空気供給用ガスマニホ
ールド７ａ、燃料を供給するための燃料ガス供給用ガス
マニホールド７ｂ、空気を排出するための空気排出用ガ
スマニホールド７ｃ及び燃料を排出するための燃料ガス
排出用ガスマニホールド７ｄが設けられている。また、
これらの各ガスマニホールドと積層セル１の側面との間
には、フッ素ゴム系の成形パッキング８とフッ素樹脂系
のシール材９が配設され、両者間の気密性を確保してい
る。そして、前記各ガスマニホールドには、空気あるい
は燃料を供給・排出するためのガス配管１０が接続さ
れ、このガス配管１０から供給された空気あるいは燃料
ガスがガスマニホールドによって分散され、各単位セル
に一括して供給され、また、排出されるように構成され
ている。
電池本体に空気を供給するための空気供給用ガスマニホ
ールド７ａ、燃料を供給するための燃料ガス供給用ガス
マニホールド７ｂ、空気を排出するための空気排出用ガ
スマニホールド７ｃ及び燃料を排出するための燃料ガス
排出用ガスマニホールド７ｄが設けられている。また、
これらの各ガスマニホールドと積層セル１の側面との間
には、フッ素ゴム系の成形パッキング８とフッ素樹脂系
のシール材９が配設され、両者間の気密性を確保してい
る。そして、前記各ガスマニホールドには、空気あるい
は燃料を供給・排出するためのガス配管１０が接続さ
れ、このガス配管１０から供給された空気あるいは燃料
ガスがガスマニホールドによって分散され、各単位セル
に一括して供給され、また、排出されるように構成され
ている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成を有する従来の燃料電池発電装置には、以下
に述べるような問題点があった。すなわち、燃料電池本
体の４つの側面に配設された各ガスマニホールド内で
は、空気あるいは燃料ガスは静流を保ち、また、燃料電
池においては、空気供給用ガスマニホールド７ａ及び燃
料ガス供給用ガスマニホールド７ｂを介して供給された
ガスが反応した後、空気排出用ガスマニホールド７ｃ及
び燃料ガス排出用ガスマニホールド７ｄを介して排出さ
れるので、供給側ガスマニホールド７ａ、７ｂ内のガス
密度と、排出側ガスマニホールド７ｃ、７ｄ内のガス密
度は同一ではない。
ような構成を有する従来の燃料電池発電装置には、以下
に述べるような問題点があった。すなわち、燃料電池本
体の４つの側面に配設された各ガスマニホールド内で
は、空気あるいは燃料ガスは静流を保ち、また、燃料電
池においては、空気供給用ガスマニホールド７ａ及び燃
料ガス供給用ガスマニホールド７ｂを介して供給された
ガスが反応した後、空気排出用ガスマニホールド７ｃ及
び燃料ガス排出用ガスマニホールド７ｄを介して排出さ
れるので、供給側ガスマニホールド７ａ、７ｂ内のガス
密度と、排出側ガスマニホールド７ｃ、７ｄ内のガス密
度は同一ではない。
【０００８】そのため、空気極（酸化剤極）あるいは燃
料極のいずれにおいても、その入口側及び出口側のガス
ヘッド差圧に偏差が生じるという問題があった。すなわ
ち、空気極では、反応により酸素が消費されるので、供
給ガスより排出ガスの方が密度が小さくなり、図１３に
示したように、空気供給側（入口側）と排出側（出口
側）ではヘッド差圧の積層上下方向の勾配が異なる。そ
の結果、溝内圧力損失は積層上下方向で異なり、この溝
内圧力損失に比例するガス流量も積層上下方向で異なっ
ていた。つまり、空気極においては、積層体の上部ほど
ガス流量が少なく、積層体の下部ほどガス流量が大きく
なっていた。
料極のいずれにおいても、その入口側及び出口側のガス
ヘッド差圧に偏差が生じるという問題があった。すなわ
ち、空気極では、反応により酸素が消費されるので、供
給ガスより排出ガスの方が密度が小さくなり、図１３に
示したように、空気供給側（入口側）と排出側（出口
側）ではヘッド差圧の積層上下方向の勾配が異なる。そ
の結果、溝内圧力損失は積層上下方向で異なり、この溝
内圧力損失に比例するガス流量も積層上下方向で異なっ
ていた。つまり、空気極においては、積層体の上部ほど
ガス流量が少なく、積層体の下部ほどガス流量が大きく
なっていた。
【０００９】一方、燃料極では、反応により水素が消費
されるので、供給ガスより排出ガスの方が密度が大きく
なり、図１４に示したように、燃料供給側（入口側）と
排出側（出口側）ではヘッド差圧の積層上下方向の勾配
が異なる。その結果、溝内圧力損失は積層上下方向で異
なり、この溝内圧力損失に比例するガス流量も積層上下
方向で異なっていた。つまり、燃料極においては、前記
空気極とは反対に、積層体の上部ほどガス流量が大き
く、積層体の下部ほどガス流量が小さくなっていた。
されるので、供給ガスより排出ガスの方が密度が大きく
なり、図１４に示したように、燃料供給側（入口側）と
排出側（出口側）ではヘッド差圧の積層上下方向の勾配
が異なる。その結果、溝内圧力損失は積層上下方向で異
なり、この溝内圧力損失に比例するガス流量も積層上下
方向で異なっていた。つまり、燃料極においては、前記
空気極とは反対に、積層体の上部ほどガス流量が大き
く、積層体の下部ほどガス流量が小さくなっていた。
【００１０】このように、従来の燃料電池発電装置にお
いては、積層方向の高さにより、単位セル１ａに流れる
ガス流量が不均一となり、空気は下部セルに多く流れ、
燃料ガスは上部セルに多く流れる傾向があった。そのた
め、積層方向の高さにより、単位セル１ａ間での化学反
応条件が変化し、当初期待していたような高い変換効率
で電気エネルギーを取り出すことができないという問題
が生じていた。
いては、積層方向の高さにより、単位セル１ａに流れる
ガス流量が不均一となり、空気は下部セルに多く流れ、
燃料ガスは上部セルに多く流れる傾向があった。そのた
め、積層方向の高さにより、単位セル１ａ間での化学反
応条件が変化し、当初期待していたような高い変換効率
で電気エネルギーを取り出すことができないという問題
が生じていた。
【００１１】本発明は、上述したような従来技術の問題
点を解決するために提案されたもので、その目的は、酸
化剤極及び燃料極において、反応ガス入口側及び出口側
のガス密度の偏差をなくし、積層上下方向におけるガス
流量の均一化を可能とした、高効率の燃料電池発電装置
を提供することにある。
点を解決するために提案されたもので、その目的は、酸
化剤極及び燃料極において、反応ガス入口側及び出口側
のガス密度の偏差をなくし、積層上下方向におけるガス
流量の均一化を可能とした、高効率の燃料電池発電装置
を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、一対の酸化剤極及び燃料極間に電解質層を介在させ
た単位セルを複数積層して積層体を形成し、この積層体
の側面にガスマニホールドを配置し、前記ガスマニホー
ルドに酸化剤ガス及び燃料ガスを供給、排出するガス配
管を接続してなる燃料電池発電装置において、前記酸化
剤極あるいは燃料極の少なくともいずれか一方におい
て、反応ガス入口側及び出口側におけるガス密度を均一
にしたことを特徴とするものである。
は、一対の酸化剤極及び燃料極間に電解質層を介在させ
た単位セルを複数積層して積層体を形成し、この積層体
の側面にガスマニホールドを配置し、前記ガスマニホー
ルドに酸化剤ガス及び燃料ガスを供給、排出するガス配
管を接続してなる燃料電池発電装置において、前記酸化
剤極あるいは燃料極の少なくともいずれか一方におい
て、反応ガス入口側及び出口側におけるガス密度を均一
にしたことを特徴とするものである。
【００１３】上記のような構成を有する請求項１に記載
の発明によれば、酸化剤極あるいは燃料極の少なくとも
いずれか一方において、積層上下方向のヘッド差圧の勾
配を入口側と出口側でほぼ等しくすることができるの
で、積層上下方向の溝内圧力損失はほぼ均一になり、ガ
ス流量も均一化することができる。その結果、積層上下
方向の高さにかかわらず、単位セル間での化学反応条件
を同一にすることができ、高い変換効率で電気エネルギ
ーを取り出すことが可能となる。
の発明によれば、酸化剤極あるいは燃料極の少なくとも
いずれか一方において、積層上下方向のヘッド差圧の勾
配を入口側と出口側でほぼ等しくすることができるの
で、積層上下方向の溝内圧力損失はほぼ均一になり、ガ
ス流量も均一化することができる。その結果、積層上下
方向の高さにかかわらず、単位セル間での化学反応条件
を同一にすることができ、高い変換効率で電気エネルギ
ーを取り出すことが可能となる。
【００１４】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
燃料電池発電装置において、前記酸化剤極において、反
応ガス入口側及び出口側におけるガス密度を均一にする
手段が、酸化剤極へ反応ガスを供給するガス配管に加熱
装置を配置するものであることを特徴とする。
燃料電池発電装置において、前記酸化剤極において、反
応ガス入口側及び出口側におけるガス密度を均一にする
手段が、酸化剤極へ反応ガスを供給するガス配管に加熱
装置を配置するものであることを特徴とする。
【００１５】上記のような構成を有する請求項２に記載
の発明によれば、酸化剤極へ反応ガスを供給するガス配
管に設けられた加熱装置によって、酸化剤極に供給され
る酸化剤ガスの温度を上げることができるので、酸化剤
極入口側のガス密度を下げることができる。その結果、
酸化剤極入口側における積層上下方向のヘッド差圧の勾
配を従来に比べて小さくすることができ、酸化剤極出口
側のヘッド差圧の勾配に近づけることができる。これに
より、酸化剤極入口側及び出口側のヘッド差圧の勾配は
ほぼ等しくなるので、積層上下方向の溝内圧力損失はほ
ぼ均一になり、ガス流量も均一化することができる。
の発明によれば、酸化剤極へ反応ガスを供給するガス配
管に設けられた加熱装置によって、酸化剤極に供給され
る酸化剤ガスの温度を上げることができるので、酸化剤
極入口側のガス密度を下げることができる。その結果、
酸化剤極入口側における積層上下方向のヘッド差圧の勾
配を従来に比べて小さくすることができ、酸化剤極出口
側のヘッド差圧の勾配に近づけることができる。これに
より、酸化剤極入口側及び出口側のヘッド差圧の勾配は
ほぼ等しくなるので、積層上下方向の溝内圧力損失はほ
ぼ均一になり、ガス流量も均一化することができる。
【００１６】請求項３に記載の発明は、請求項１記載の
燃料電池発電装置において、前記燃料極において、反応
ガス入口側及び出口側におけるガス密度を均一にする手
段が、燃料極へ反応ガスを供給するガス配管に冷却装置
を配置するものであることを特徴とする。
燃料電池発電装置において、前記燃料極において、反応
ガス入口側及び出口側におけるガス密度を均一にする手
段が、燃料極へ反応ガスを供給するガス配管に冷却装置
を配置するものであることを特徴とする。
【００１７】上記のような構成を有する請求項３に記載
の発明によれば、燃料極へ反応ガスを供給するガス配管
に設けられた冷却装置によって、燃料極に供給される燃
料の温度を下げることができるので、燃料極入口側のガ
ス密度を上げることができる。その結果、燃料極入口側
における積層上下方向のヘッド差圧の勾配を従来に比べ
て大きくすることができ、燃料極出口側のヘッド差圧の
勾配に近づけることができる。これにより、燃料極入口
側及び出口側のヘッド差圧の勾配はほぼ等しくなるの
で、積層上下方向の溝内圧力損失はほぼ均一になり、ガ
ス流量も均一化することができる。
の発明によれば、燃料極へ反応ガスを供給するガス配管
に設けられた冷却装置によって、燃料極に供給される燃
料の温度を下げることができるので、燃料極入口側のガ
ス密度を上げることができる。その結果、燃料極入口側
における積層上下方向のヘッド差圧の勾配を従来に比べ
て大きくすることができ、燃料極出口側のヘッド差圧の
勾配に近づけることができる。これにより、燃料極入口
側及び出口側のヘッド差圧の勾配はほぼ等しくなるの
で、積層上下方向の溝内圧力損失はほぼ均一になり、ガ
ス流量も均一化することができる。
【００１８】請求項４に記載の発明は、請求項１記載の
燃料電池発電装置において、前記酸化剤極において、反
応ガス入口側及び出口側におけるガス密度を均一にする
手段が、酸化剤ガス排出用ガスマニホールドに冷却装置
を配置するものであることを特徴とする。
燃料電池発電装置において、前記酸化剤極において、反
応ガス入口側及び出口側におけるガス密度を均一にする
手段が、酸化剤ガス排出用ガスマニホールドに冷却装置
を配置するものであることを特徴とする。
【００１９】上記のような構成を有する請求項４に記載
の発明によれば、酸化剤ガス排出用ガスマニホールドに
設けられた冷却装置によって、酸化剤ガス排出用ガスマ
ニホールド内のガス温度を下げることができるので、酸
化剤極出口側のガス密度を上げることができる。その結
果、酸化剤極出口側における積層上下方向のヘッド差圧
の勾配を従来に比べて大きくすることができ、酸化剤極
入口側のヘッド差圧の勾配に近づけることができる。こ
れにより、酸化剤極入口側及び出口側のヘッド差圧の勾
配はほぼ等しくなるので、積層上下方向の溝内圧力損失
はほぼ均一になり、ガス流量も均一化することができ
る。
の発明によれば、酸化剤ガス排出用ガスマニホールドに
設けられた冷却装置によって、酸化剤ガス排出用ガスマ
ニホールド内のガス温度を下げることができるので、酸
化剤極出口側のガス密度を上げることができる。その結
果、酸化剤極出口側における積層上下方向のヘッド差圧
の勾配を従来に比べて大きくすることができ、酸化剤極
入口側のヘッド差圧の勾配に近づけることができる。こ
れにより、酸化剤極入口側及び出口側のヘッド差圧の勾
配はほぼ等しくなるので、積層上下方向の溝内圧力損失
はほぼ均一になり、ガス流量も均一化することができ
る。
【００２０】請求項５に記載の発明は、請求項１記載の
燃料電池発電装置において、前記燃料極において、反応
ガス入口側及び出口側におけるガス密度を均一にする手
段が、燃料ガス排出用ガスマニホールドに加熱装置を配
置するものであることを特徴とする。
燃料電池発電装置において、前記燃料極において、反応
ガス入口側及び出口側におけるガス密度を均一にする手
段が、燃料ガス排出用ガスマニホールドに加熱装置を配
置するものであることを特徴とする。
【００２１】上記のような構成を有する請求項５に記載
の発明によれば、燃料ガス排出用ガスマニホールドに設
けられた加熱装置によって、燃料ガス排出用ガスマニホ
ールド内のガス温度を上げることができるので、燃料極
出口側のガス密度を下げることができる。その結果、燃
料極出口側における積層上下方向のヘッド差圧の勾配を
従来に比べて小さくすることができ、燃料極入口側のヘ
ッド差圧の勾配に近づけることができる。これにより、
燃料極入口側及び出口側のヘッド差圧の勾配はほぼ等し
くなるので、積層上下方向の溝内圧力損失はほぼ均一に
なり、ガス流量も均一化することができる。
の発明によれば、燃料ガス排出用ガスマニホールドに設
けられた加熱装置によって、燃料ガス排出用ガスマニホ
ールド内のガス温度を上げることができるので、燃料極
出口側のガス密度を下げることができる。その結果、燃
料極出口側における積層上下方向のヘッド差圧の勾配を
従来に比べて小さくすることができ、燃料極入口側のヘ
ッド差圧の勾配に近づけることができる。これにより、
燃料極入口側及び出口側のヘッド差圧の勾配はほぼ等し
くなるので、積層上下方向の溝内圧力損失はほぼ均一に
なり、ガス流量も均一化することができる。
【００２２】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請
求項５のいずれか一に記載の燃料電池発電装置におい
て、前記加熱装置あるいは冷却装置に、ガス温度を測定
する温度センサが接続されていることを特徴とするもの
である。
求項５のいずれか一に記載の燃料電池発電装置におい
て、前記加熱装置あるいは冷却装置に、ガス温度を測定
する温度センサが接続されていることを特徴とするもの
である。
【００２３】上記のような構成を有する請求項６に記載
の発明によれば、加熱装置あるいは冷却装置に接続され
た温度センサによって、供給用ガス温度を適切に調整す
ることができるので、積層上下方向のガス流量を安定し
て均一にすることができる。
の発明によれば、加熱装置あるいは冷却装置に接続され
た温度センサによって、供給用ガス温度を適切に調整す
ることができるので、積層上下方向のガス流量を安定し
て均一にすることができる。
【００２４】請求項７に記載の発明は、請求項１記載の
燃料電池発電装置において、前記酸化剤極及び燃料極に
おいて、それぞれ反応ガス入口側及び出口側におけるガ
ス密度を均一にする手段が、酸化剤ガス排出用ガスマニ
ホールド及び前記燃料ガス供給用ガスマニホールド内
に、高密度不活性ガスを供給するものであることを特徴
とする。
燃料電池発電装置において、前記酸化剤極及び燃料極に
おいて、それぞれ反応ガス入口側及び出口側におけるガ
ス密度を均一にする手段が、酸化剤ガス排出用ガスマニ
ホールド及び前記燃料ガス供給用ガスマニホールド内
に、高密度不活性ガスを供給するものであることを特徴
とする。
【００２５】上記のような構成を有する請求項７に記載
の発明によれば、酸化剤極においては、その排出ガスに
ＣＯ2 、Ａｒなどの密度の高い不活性ガスを導入するこ
とにより、酸化剤極出口側のガス密度を上げることがで
きる。その結果、酸化剤極出口側における積層上下方向
のヘッド差圧の勾配を従来に比べて大きくすることがで
き、酸化剤極入口側のヘッド差圧の勾配に近づけること
ができる。これにより、酸化剤極入口側及び出口側のヘ
ッド差圧の勾配はほぼ等しくなるので、積層上下方向の
溝内圧力損失はほぼ均一になり、ガス流量も均一化する
ことができる。一方、燃料極においては、その供給ガス
にＣＯ2 、Ａｒなどの密度の高い不活性ガスを導入する
ことにより、燃料極入口側のガス密度を上げることがで
きる。その結果、燃料極入口側における積層上下方向の
ヘッド差圧の勾配を従来に比べて大きくすることがで
き、燃料極出口側のヘッド差圧の勾配に近づけることが
できる。これにより、燃料極入口側及び燃料極出口側の
ヘッド差圧の勾配はほぼ等しくなるので、積層上下方向
の溝内圧力損失はほぼ均一になり、ガス流量も均一化す
ることができる。
の発明によれば、酸化剤極においては、その排出ガスに
ＣＯ2 、Ａｒなどの密度の高い不活性ガスを導入するこ
とにより、酸化剤極出口側のガス密度を上げることがで
きる。その結果、酸化剤極出口側における積層上下方向
のヘッド差圧の勾配を従来に比べて大きくすることがで
き、酸化剤極入口側のヘッド差圧の勾配に近づけること
ができる。これにより、酸化剤極入口側及び出口側のヘ
ッド差圧の勾配はほぼ等しくなるので、積層上下方向の
溝内圧力損失はほぼ均一になり、ガス流量も均一化する
ことができる。一方、燃料極においては、その供給ガス
にＣＯ2 、Ａｒなどの密度の高い不活性ガスを導入する
ことにより、燃料極入口側のガス密度を上げることがで
きる。その結果、燃料極入口側における積層上下方向の
ヘッド差圧の勾配を従来に比べて大きくすることがで
き、燃料極出口側のヘッド差圧の勾配に近づけることが
できる。これにより、燃料極入口側及び燃料極出口側の
ヘッド差圧の勾配はほぼ等しくなるので、積層上下方向
の溝内圧力損失はほぼ均一になり、ガス流量も均一化す
ることができる。
【００２６】請求項８に記載の発明は、請求項１記載の
燃料電池発電装置において、前記酸化剤極及び燃料極に
おいて、それぞれ反応ガス入口側及び出口側におけるガ
ス密度を均一にする手段が、酸化剤ガス供給用ガスマニ
ホールド及び前記燃料ガス排出用ガスマニホールド内
に、低密度不活性ガスを供給するものであることを特徴
とする。
燃料電池発電装置において、前記酸化剤極及び燃料極に
おいて、それぞれ反応ガス入口側及び出口側におけるガ
ス密度を均一にする手段が、酸化剤ガス供給用ガスマニ
ホールド及び前記燃料ガス排出用ガスマニホールド内
に、低密度不活性ガスを供給するものであることを特徴
とする。
【００２７】上記のような構成を有する請求項８に記載
の発明によれば、酸化剤極においては、その供給ガスに
Ｈｅなどの密度の低い不活性ガスを導入することによ
り、酸化剤極入口側のガス密度を下げることができる。
その結果、酸化剤極入口側における積層上下方向のヘッ
ド差圧の勾配を従来に比べて小さくすることができ、酸
化剤極出口側のヘッド差圧の勾配に近づけることができ
る。これにより、酸化剤極入口側及び出口側のヘッド差
圧の勾配はほぼ等しくなるので、積層上下方向の溝内圧
力損失はほぼ均一になり、ガス流量も均一化することが
できる。一方、燃料極においては、その排出ガスにＨｅ
などの密度の低い不活性ガスを導入することにより、燃
料極出口側のガス密度を下げることができる。その結
果、燃料極出口側における積層上下方向のヘッド差圧の
勾配を従来に比べて小さくすることができ、燃料極入口
側のヘッド差圧の勾配に近づけることができる。これに
より、燃料極入口側及び燃料極出口側のヘッド差圧の勾
配はほぼ等しくなるので、積層上下方向の溝内圧力損失
はほぼ均一になり、ガス流量も均一化することができ
る。
の発明によれば、酸化剤極においては、その供給ガスに
Ｈｅなどの密度の低い不活性ガスを導入することによ
り、酸化剤極入口側のガス密度を下げることができる。
その結果、酸化剤極入口側における積層上下方向のヘッ
ド差圧の勾配を従来に比べて小さくすることができ、酸
化剤極出口側のヘッド差圧の勾配に近づけることができ
る。これにより、酸化剤極入口側及び出口側のヘッド差
圧の勾配はほぼ等しくなるので、積層上下方向の溝内圧
力損失はほぼ均一になり、ガス流量も均一化することが
できる。一方、燃料極においては、その排出ガスにＨｅ
などの密度の低い不活性ガスを導入することにより、燃
料極出口側のガス密度を下げることができる。その結
果、燃料極出口側における積層上下方向のヘッド差圧の
勾配を従来に比べて小さくすることができ、燃料極入口
側のヘッド差圧の勾配に近づけることができる。これに
より、燃料極入口側及び燃料極出口側のヘッド差圧の勾
配はほぼ等しくなるので、積層上下方向の溝内圧力損失
はほぼ均一になり、ガス流量も均一化することができ
る。
【００２８】請求項９に記載の発明は、請求項７記載の
燃料電池発電装置において、前記酸化剤ガス排出用ガス
マニホールド及び燃料ガス供給用ガスマニホールド内
に、ガス濃度測定用センサが設けられていることを特徴
とするものである。
燃料電池発電装置において、前記酸化剤ガス排出用ガス
マニホールド及び燃料ガス供給用ガスマニホールド内
に、ガス濃度測定用センサが設けられていることを特徴
とするものである。
【００２９】また、請求項１０に記載の発明は、請求項
８記載の燃料電池発電装置において、前記酸化剤ガス供
給用ガスマニホールド及び前記燃料ガス排出用ガスマニ
ホールド内に、ガス濃度測定用センサが設けられている
ことを特徴とするものである。
８記載の燃料電池発電装置において、前記酸化剤ガス供
給用ガスマニホールド及び前記燃料ガス排出用ガスマニ
ホールド内に、ガス濃度測定用センサが設けられている
ことを特徴とするものである。
【００３０】上記のような構成を有する請求項９または
請求項１０に記載の発明によれば、該当するガスマニホ
ールドに設けられたガス濃度センサによって、ガス濃度
を適切に調整することができるので、積層上下方向のガ
ス流量を安定して均一にすることができる。
請求項１０に記載の発明によれば、該当するガスマニホ
ールドに設けられたガス濃度センサによって、ガス濃度
を適切に調整することができるので、積層上下方向のガ
ス流量を安定して均一にすることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１乃
至図１０を参照して具体的に説明する。なお、図１１乃
至図１４に示した従来型と同一の部材には同一の符号を
付して、説明は省略する。
至図１０を参照して具体的に説明する。なお、図１１乃
至図１４に示した従来型と同一の部材には同一の符号を
付して、説明は省略する。
【００３２】（１）第１実施形態（請求項１、請求項
２、請求項６に対応） 本実施形態においては、図１に示したように、空気極１
１と燃料極１２からなる積層セル１の側面に、空気供給
用ガスマニホールド７ａ、燃料ガス供給用ガスマニホー
ルド７ｂ、空気排出用ガスマニホールド７ｃ及び燃料ガ
ス排出用ガスマニホールド７ｄが取付けられて燃料電池
本体が構成されている。そして、空気送風機１７によっ
て送風された空気が、ラインを介して前記空気供給用ガ
スマニホールド７ａへ導入され、一方、改質器１３内で
燃焼器１４により改質された燃料ガスが、ラインを介し
て前記燃料供給用ガスマニホールド７ｂに導入されるよ
うに構成されている。また、空気極に供給される空気の
温度を制御するために、空気供給用ガスマニホールド７
ａの上流側ラインに、空気供給側加熱装置１８及びガス
温度センサ２２が設置されている。さらに、空気排出用
ガスマニホールド７ｃ及び燃料ガス排出用ガスマニホー
ルド７ｄの下流側に設けられた変換器１５及び制御弁１
６によって、空気極及び燃料極の極間差圧を制御しなが
ら発電動作を行えるように構成されている。
２、請求項６に対応） 本実施形態においては、図１に示したように、空気極１
１と燃料極１２からなる積層セル１の側面に、空気供給
用ガスマニホールド７ａ、燃料ガス供給用ガスマニホー
ルド７ｂ、空気排出用ガスマニホールド７ｃ及び燃料ガ
ス排出用ガスマニホールド７ｄが取付けられて燃料電池
本体が構成されている。そして、空気送風機１７によっ
て送風された空気が、ラインを介して前記空気供給用ガ
スマニホールド７ａへ導入され、一方、改質器１３内で
燃焼器１４により改質された燃料ガスが、ラインを介し
て前記燃料供給用ガスマニホールド７ｂに導入されるよ
うに構成されている。また、空気極に供給される空気の
温度を制御するために、空気供給用ガスマニホールド７
ａの上流側ラインに、空気供給側加熱装置１８及びガス
温度センサ２２が設置されている。さらに、空気排出用
ガスマニホールド７ｃ及び燃料ガス排出用ガスマニホー
ルド７ｄの下流側に設けられた変換器１５及び制御弁１
６によって、空気極及び燃料極の極間差圧を制御しなが
ら発電動作を行えるように構成されている。
【００３３】このような構成を有する本実施形態の燃料
電池発電装置においては、空気供給用ガスマニホールド
７ａの上流側ラインに設けられた空気供給側加熱装置１
８によって、空気極に供給される空気の温度を上げるこ
とができるので、空気極入口側のガス密度を下げること
ができる。その結果、図２に示したように、空気極入口
側における積層上下方向のヘッド差圧の勾配を従来に比
べて小さくすることができ、空気極出口側のヘッド差圧
の勾配に近づけることができる。これにより、空気極入
口側及び空気極出口側のヘッド差圧の勾配はほぼ等しく
なるので、積層上下方向の溝内圧力損失はほぼ均一にな
り、ガス流量も均一化することができる。また、空気極
に供給される空気ガスの温度は、ガス温度センサ２２に
よって測定することにより適宜調整することができるの
で、安定して積層上下方向のガス流量を均一化すること
ができる。
電池発電装置においては、空気供給用ガスマニホールド
７ａの上流側ラインに設けられた空気供給側加熱装置１
８によって、空気極に供給される空気の温度を上げるこ
とができるので、空気極入口側のガス密度を下げること
ができる。その結果、図２に示したように、空気極入口
側における積層上下方向のヘッド差圧の勾配を従来に比
べて小さくすることができ、空気極出口側のヘッド差圧
の勾配に近づけることができる。これにより、空気極入
口側及び空気極出口側のヘッド差圧の勾配はほぼ等しく
なるので、積層上下方向の溝内圧力損失はほぼ均一にな
り、ガス流量も均一化することができる。また、空気極
に供給される空気ガスの温度は、ガス温度センサ２２に
よって測定することにより適宜調整することができるの
で、安定して積層上下方向のガス流量を均一化すること
ができる。
【００３４】このように本実施形態の燃料電池発電装置
によれば、複数個積層された単位セルの特性を均一化す
ることができるので、積層上下方向の高さにかかわら
ず、単位セル間での化学反応条件を同一にすることがで
き、高い変換効率で電気エネルギーを取り出すことが可
能となる。
によれば、複数個積層された単位セルの特性を均一化す
ることができるので、積層上下方向の高さにかかわら
ず、単位セル間での化学反応条件を同一にすることがで
き、高い変換効率で電気エネルギーを取り出すことが可
能となる。
【００３５】（２）第２実施形態（請求項１、請求項
３、請求項６に対応） 本実施形態においては、図３に示したように、燃料極に
供給される燃料ガスの温度を制御するために、燃料ガス
供給用ガスマニホールド７ｂの上流側ラインに、燃料供
給側冷却装置１９及びガス温度センサ２２が設置されて
いる。なお、その他の基本的な構成は、第１実施形態と
同様であるので説明は省略する。
３、請求項６に対応） 本実施形態においては、図３に示したように、燃料極に
供給される燃料ガスの温度を制御するために、燃料ガス
供給用ガスマニホールド７ｂの上流側ラインに、燃料供
給側冷却装置１９及びガス温度センサ２２が設置されて
いる。なお、その他の基本的な構成は、第１実施形態と
同様であるので説明は省略する。
【００３６】このような構成を有する本実施形態の燃料
電池発電装置においては、燃料ガス供給用ガスマニホー
ルド７ｂの上流側ラインに設けられた燃料供給側冷却装
置１９によって、燃料極に供給される燃料ガスの温度を
下げることができるので、燃料極入口側のガス密度を上
げることができる。その結果、図４に示したように、燃
料極入口側における積層上下方向のヘッド差圧の勾配を
従来に比べて大きくすることができ、燃料極出口側のヘ
ッド差圧の勾配に近づけることができる。これにより、
燃料極入口側及び燃料極出口側のヘッド差圧の勾配はほ
ぼ等しくなるので、積層上下方向の溝内圧力損失はほぼ
均一になり、ガス流量も均一化することができる。ま
た、燃料極に供給される燃料ガスの温度は、ガス温度セ
ンサ２２によって測定することにより適宜調整すること
ができるので、安定して積層上下方向のガス流量を均一
化することができる。
電池発電装置においては、燃料ガス供給用ガスマニホー
ルド７ｂの上流側ラインに設けられた燃料供給側冷却装
置１９によって、燃料極に供給される燃料ガスの温度を
下げることができるので、燃料極入口側のガス密度を上
げることができる。その結果、図４に示したように、燃
料極入口側における積層上下方向のヘッド差圧の勾配を
従来に比べて大きくすることができ、燃料極出口側のヘ
ッド差圧の勾配に近づけることができる。これにより、
燃料極入口側及び燃料極出口側のヘッド差圧の勾配はほ
ぼ等しくなるので、積層上下方向の溝内圧力損失はほぼ
均一になり、ガス流量も均一化することができる。ま
た、燃料極に供給される燃料ガスの温度は、ガス温度セ
ンサ２２によって測定することにより適宜調整すること
ができるので、安定して積層上下方向のガス流量を均一
化することができる。
【００３７】（３）第３実施形態（請求項１、請求項
４、請求項６に対応） 本実施形態においては、図５に示したように、空気排出
用ガスマニホールド７ｃ内のガス温度を制御するため
に、空気排出用ガスマニホールド７ｃに空気排出側冷却
装置２０及びガス温度センサ２２が設置されている。な
お、その他の基本的な構成は、第１実施形態と同様であ
るので説明は省略する。
４、請求項６に対応） 本実施形態においては、図５に示したように、空気排出
用ガスマニホールド７ｃ内のガス温度を制御するため
に、空気排出用ガスマニホールド７ｃに空気排出側冷却
装置２０及びガス温度センサ２２が設置されている。な
お、その他の基本的な構成は、第１実施形態と同様であ
るので説明は省略する。
【００３８】このような構成を有する本実施形態の燃料
電池発電装置においては、空気排出用ガスマニホールド
７ｃに設けられた空気排出側冷却装置２０によって、空
気排出用ガスマニホールド７ｃ内のガス温度を下げるこ
とができるので、空気極出口側のガス密度を上げること
ができる。その結果、図６に示したように、空気極出口
側における積層上下方向のヘッド差圧の勾配を従来に比
べて大きくすることができ、空気極入口側のヘッド差圧
の勾配に近づけることができる。これにより、空気極入
口側及び空気極出口側のヘッド差圧の勾配はほぼ等しく
なるので、積層上下方向の溝内圧力損失はほぼ均一にな
り、ガス流量も均一化することができる。また、空気排
出用ガスマニホールド７ｃ内のガス温度は、ガス温度セ
ンサ２２によって測定することにより適宜調整すること
ができるので、安定して積層上下方向のガス流量を均一
化することができる。
電池発電装置においては、空気排出用ガスマニホールド
７ｃに設けられた空気排出側冷却装置２０によって、空
気排出用ガスマニホールド７ｃ内のガス温度を下げるこ
とができるので、空気極出口側のガス密度を上げること
ができる。その結果、図６に示したように、空気極出口
側における積層上下方向のヘッド差圧の勾配を従来に比
べて大きくすることができ、空気極入口側のヘッド差圧
の勾配に近づけることができる。これにより、空気極入
口側及び空気極出口側のヘッド差圧の勾配はほぼ等しく
なるので、積層上下方向の溝内圧力損失はほぼ均一にな
り、ガス流量も均一化することができる。また、空気排
出用ガスマニホールド７ｃ内のガス温度は、ガス温度セ
ンサ２２によって測定することにより適宜調整すること
ができるので、安定して積層上下方向のガス流量を均一
化することができる。
【００３９】（４）第４実施形態（請求項１、請求項
５、請求項６に対応） 本実施形態においては、図７に示したように、燃料ガス
排出用ガスマニホールド７ｄ内のガス温度を制御するた
めに、燃料ガス排出用ガスマニホールド７ｄに燃料排出
側加熱装置２１及びガス温度センサ２２が設置されてい
る。なお、その他の基本的な構成は、第１実施形態と同
様であるので説明は省略する。
５、請求項６に対応） 本実施形態においては、図７に示したように、燃料ガス
排出用ガスマニホールド７ｄ内のガス温度を制御するた
めに、燃料ガス排出用ガスマニホールド７ｄに燃料排出
側加熱装置２１及びガス温度センサ２２が設置されてい
る。なお、その他の基本的な構成は、第１実施形態と同
様であるので説明は省略する。
【００４０】このような構成を有する本実施形態の燃料
電池発電装置においては、燃料ガス排出用ガスマニホー
ルド７ｄに設けられた燃料排出側加熱装置２１によっ
て、燃料ガス排出用ガスマニホールド７ｄ内のガス温度
を上げることができるので、燃料極出口側のガス密度を
下げることができる。その結果、図８に示したように、
燃料極出口側における積層上下方向のヘッド差圧の勾配
を従来に比べて小さくすることができ、燃料極入口側の
ヘッド差圧の勾配に近づけることができる。これによ
り、燃料極入口側及び燃料極出口側のヘッド差圧の勾配
はほぼ等しくなるので、積層上下方向の溝内圧力損失は
ほぼ均一になり、ガス流量も均一化することができる。
また、燃料ガス排出用ガスマニホールド７ｄ内のガス温
度は、ガス温度センサ２２によって測定することにより
適宜調整することができるので、安定して積層上下方向
のガス流量を均一化することができる。
電池発電装置においては、燃料ガス排出用ガスマニホー
ルド７ｄに設けられた燃料排出側加熱装置２１によっ
て、燃料ガス排出用ガスマニホールド７ｄ内のガス温度
を上げることができるので、燃料極出口側のガス密度を
下げることができる。その結果、図８に示したように、
燃料極出口側における積層上下方向のヘッド差圧の勾配
を従来に比べて小さくすることができ、燃料極入口側の
ヘッド差圧の勾配に近づけることができる。これによ
り、燃料極入口側及び燃料極出口側のヘッド差圧の勾配
はほぼ等しくなるので、積層上下方向の溝内圧力損失は
ほぼ均一になり、ガス流量も均一化することができる。
また、燃料ガス排出用ガスマニホールド７ｄ内のガス温
度は、ガス温度センサ２２によって測定することにより
適宜調整することができるので、安定して積層上下方向
のガス流量を均一化することができる。
【００４１】（５）第５実施形態（請求項１、請求項
７、請求項９に対応） 本実施形態においては、図９に示したように、空気排出
用ガスマニホールド７ｃ及び燃料ガス供給用ガスマニホ
ールド７ｂにＣＯ2 、Ａｒなどの密度の高い不活性ガス
を導入できるように、高密度不活性ガス供給ボンベ２４
及び高密度不活性ガス供給ライン２６が設けられ、ま
た、前記空気排出用ガスマニホールド７ｃ及び燃料ガス
供給用ガスマニホールド７ｂにはガス濃度センサ２３が
設けられている。
７、請求項９に対応） 本実施形態においては、図９に示したように、空気排出
用ガスマニホールド７ｃ及び燃料ガス供給用ガスマニホ
ールド７ｂにＣＯ2 、Ａｒなどの密度の高い不活性ガス
を導入できるように、高密度不活性ガス供給ボンベ２４
及び高密度不活性ガス供給ライン２６が設けられ、ま
た、前記空気排出用ガスマニホールド７ｃ及び燃料ガス
供給用ガスマニホールド７ｂにはガス濃度センサ２３が
設けられている。
【００４２】このような構成を有する本実施形態の燃料
電池発電装置は、以下のように作用する。すなわち、空
気極１１においては、その排出ガスにＣＯ2 、Ａｒなど
の密度の高い不活性ガスを導入することにより、空気極
出口側のガス密度を上げることができる。その結果、図
６に示したように、空気極出口側における積層上下方向
のヘッド差圧の勾配を従来に比べて大きくすることがで
き、空気極入口側のヘッド差圧の勾配に近づけることが
できる。これにより、空気極入口側及び空気極出口側の
ヘッド差圧の勾配はほぼ等しくなるので、積層上下方向
の溝内圧力損失はほぼ均一になり、ガス流量も均一化す
ることができる。また、ガス濃度はガス濃度センサ２３
で測定することにより適宜調整することができるので、
安定して積層上下方向のガス流量を均一化することがで
きる。さらに、上記第３実施形態において、空気排出ガ
スが過度の高温になり、セルに腐食などの悪影響を及ぼ
す可能性がある場合には、本実施形態を併用することに
より、ガス温度を低減することができる。
電池発電装置は、以下のように作用する。すなわち、空
気極１１においては、その排出ガスにＣＯ2 、Ａｒなど
の密度の高い不活性ガスを導入することにより、空気極
出口側のガス密度を上げることができる。その結果、図
６に示したように、空気極出口側における積層上下方向
のヘッド差圧の勾配を従来に比べて大きくすることがで
き、空気極入口側のヘッド差圧の勾配に近づけることが
できる。これにより、空気極入口側及び空気極出口側の
ヘッド差圧の勾配はほぼ等しくなるので、積層上下方向
の溝内圧力損失はほぼ均一になり、ガス流量も均一化す
ることができる。また、ガス濃度はガス濃度センサ２３
で測定することにより適宜調整することができるので、
安定して積層上下方向のガス流量を均一化することがで
きる。さらに、上記第３実施形態において、空気排出ガ
スが過度の高温になり、セルに腐食などの悪影響を及ぼ
す可能性がある場合には、本実施形態を併用することに
より、ガス温度を低減することができる。
【００４３】一方、燃料極１２においては、その供給ガ
スにＣＯ2 、Ａｒなどの密度の高い不活性ガスを導入す
ることにより、燃料極入口側のガス密度を上げることが
できる。その結果、図４に示したように、燃料極入口側
における積層上下方向のヘッド差圧の勾配を従来に比べ
て大きくすることができ、燃料極出口側のヘッド差圧の
勾配に近づけることができる。これにより、燃料極入口
側及び燃料極出口側のヘッド差圧の勾配はほぼ等しくな
るので、積層上下方向の溝内圧力損失はほぼ均一にな
り、ガス流量も均一化することができる。また、ガス濃
度はガス濃度センサ２３で測定することにより適宜調整
することができるので、安定して積層上下方向のガス流
量を均一化することができる。さらに、上記第２実施形
態において、燃料供給ガスが過度の高温になり、セルに
腐食などの悪影響を及ぼす可能性がある場合には、本実
施形態を併用することにより、ガス温度を低減すること
ができる。
スにＣＯ2 、Ａｒなどの密度の高い不活性ガスを導入す
ることにより、燃料極入口側のガス密度を上げることが
できる。その結果、図４に示したように、燃料極入口側
における積層上下方向のヘッド差圧の勾配を従来に比べ
て大きくすることができ、燃料極出口側のヘッド差圧の
勾配に近づけることができる。これにより、燃料極入口
側及び燃料極出口側のヘッド差圧の勾配はほぼ等しくな
るので、積層上下方向の溝内圧力損失はほぼ均一にな
り、ガス流量も均一化することができる。また、ガス濃
度はガス濃度センサ２３で測定することにより適宜調整
することができるので、安定して積層上下方向のガス流
量を均一化することができる。さらに、上記第２実施形
態において、燃料供給ガスが過度の高温になり、セルに
腐食などの悪影響を及ぼす可能性がある場合には、本実
施形態を併用することにより、ガス温度を低減すること
ができる。
【００４４】（６）第６実施形態（請求項１、請求項
８、請求項１０に対応） 本実施形態においては、図１０に示したように、空気供
給用ガスマニホールド７ａ及び燃料ガス排出用ガスマニ
ホールド７ｄにＨｅなどの密度の低い不活性ガスを導入
できるように、低密度不活性ガス供給ボンベ２５及び低
密度不活性ガス供給ライン２７が設けられ、また、前記
空気供給用ガスマニホールド７ａ及び燃料ガス排出用ガ
スマニホールド７ｄにはガス濃度センサ２３が設けられ
ている。
８、請求項１０に対応） 本実施形態においては、図１０に示したように、空気供
給用ガスマニホールド７ａ及び燃料ガス排出用ガスマニ
ホールド７ｄにＨｅなどの密度の低い不活性ガスを導入
できるように、低密度不活性ガス供給ボンベ２５及び低
密度不活性ガス供給ライン２７が設けられ、また、前記
空気供給用ガスマニホールド７ａ及び燃料ガス排出用ガ
スマニホールド７ｄにはガス濃度センサ２３が設けられ
ている。
【００４５】このような構成を有する本実施形態の燃料
電池発電装置は、以下のように作用する。すなわち、空
気極１１においては、その供給ガスにＨｅなどの密度の
低い不活性ガスを導入することにより、空気極入口側の
ガス密度を下げることができる。その結果、図２に示し
たように、空気極入口側における積層上下方向のヘッド
差圧の勾配を従来に比べて小さくすることができ、空気
極出口側のヘッド差圧の勾配に近づけることができる。
これにより、空気極入口側及び空気極出口側のヘッド差
圧の勾配はほぼ等しくなるので、積層上下方向の溝内圧
力損失はほぼ均一になり、ガス流量も均一化することが
できる。また、ガス濃度はガス濃度センサ２３で測定す
ることにより適宜調整することができるので、安定して
積層上下方向のガス流量を均一化することができる。さ
らに、上記第１実施形態において、空気供給ガスが過度
の高温になり、セルに腐食などの悪影響を及ぼす可能性
がある場合には、本実施形態を併用することにより、ガ
ス温度を低減することができる。
電池発電装置は、以下のように作用する。すなわち、空
気極１１においては、その供給ガスにＨｅなどの密度の
低い不活性ガスを導入することにより、空気極入口側の
ガス密度を下げることができる。その結果、図２に示し
たように、空気極入口側における積層上下方向のヘッド
差圧の勾配を従来に比べて小さくすることができ、空気
極出口側のヘッド差圧の勾配に近づけることができる。
これにより、空気極入口側及び空気極出口側のヘッド差
圧の勾配はほぼ等しくなるので、積層上下方向の溝内圧
力損失はほぼ均一になり、ガス流量も均一化することが
できる。また、ガス濃度はガス濃度センサ２３で測定す
ることにより適宜調整することができるので、安定して
積層上下方向のガス流量を均一化することができる。さ
らに、上記第１実施形態において、空気供給ガスが過度
の高温になり、セルに腐食などの悪影響を及ぼす可能性
がある場合には、本実施形態を併用することにより、ガ
ス温度を低減することができる。
【００４６】一方、燃料極１２においては、その排出ガ
スにＨｅなどの密度の低い不活性ガスを導入することに
より、燃料極出口側のガス密度を下げることができる。
その結果、図８に示したように、燃料極出口側における
積層上下方向のヘッド差圧の勾配を従来に比べて小さく
することができ、燃料極入口側のヘッド差圧の勾配に近
づけることができる。これにより、燃料極入口側及び燃
料極出口側のヘッド差圧の勾配はほぼ等しくなるので、
積層上下方向の溝内圧力損失はほぼ均一になり、ガス流
量も均一化することができる。また、ガス濃度はガス濃
度センサ２３で測定することにより適宜調整することが
できるので、安定して積層上下方向のガス流量を均一化
することができる。さらに、上記第４実施形態におい
て、燃料排出ガスが過度の高温になり、セルに腐食など
の悪影響を及ぼす可能性がある場合には、本実施形態を
併用することにより、ガス温度を低減することができ
る。
スにＨｅなどの密度の低い不活性ガスを導入することに
より、燃料極出口側のガス密度を下げることができる。
その結果、図８に示したように、燃料極出口側における
積層上下方向のヘッド差圧の勾配を従来に比べて小さく
することができ、燃料極入口側のヘッド差圧の勾配に近
づけることができる。これにより、燃料極入口側及び燃
料極出口側のヘッド差圧の勾配はほぼ等しくなるので、
積層上下方向の溝内圧力損失はほぼ均一になり、ガス流
量も均一化することができる。また、ガス濃度はガス濃
度センサ２３で測定することにより適宜調整することが
できるので、安定して積層上下方向のガス流量を均一化
することができる。さらに、上記第４実施形態におい
て、燃料排出ガスが過度の高温になり、セルに腐食など
の悪影響を及ぼす可能性がある場合には、本実施形態を
併用することにより、ガス温度を低減することができ
る。
【００４７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、酸
化剤極あるいは燃料極に供給・排出される反応ガスの温
度、あるいは不活性ガスの導入量を制御することによ
り、各電極における反応ガス入口側及び出口側のガス密
度の偏差をなくし、積層上下方向におけるガス流量の均
一化を可能とした、高効率の燃料電池発電装置を提供す
ることができる。
化剤極あるいは燃料極に供給・排出される反応ガスの温
度、あるいは不活性ガスの導入量を制御することによ
り、各電極における反応ガス入口側及び出口側のガス密
度の偏差をなくし、積層上下方向におけるガス流量の均
一化を可能とした、高効率の燃料電池発電装置を提供す
ることができる。
【図１】本発明の燃料電池発電装置の第１実施形態の構
成を示す概略図
成を示す概略図
【図２】本発明の第１実施形態の効果を示す図（空気供
給側ガスマニホールド内のガス密度を下げたときのガス
配流の説明図）
給側ガスマニホールド内のガス密度を下げたときのガス
配流の説明図）
【図３】本発明の燃料電池発電装置の第２実施形態の構
成を示す概略図
成を示す概略図
【図４】本発明の第２実施形態の効果を示す図（燃料供
給側ガスマニホールド内のガス密度を上げたときのガス
配流の説明図）
給側ガスマニホールド内のガス密度を上げたときのガス
配流の説明図）
【図５】本発明の燃料電池発電装置の第３実施形態の構
成を示す概略図
成を示す概略図
【図６】本発明の第３実施形態の効果を示す図（空気排
出側ガスマニホールド内のガス密度を上げたときのガス
配流の説明図）
出側ガスマニホールド内のガス密度を上げたときのガス
配流の説明図）
【図７】本発明の燃料電池発電装置の第４実施形態の構
成を示す概略図
成を示す概略図
【図８】本発明の第４実施形態の効果を示す図（燃料排
出側ガスマニホールド内のガス密度を下げたときのガス
配流の説明図）
出側ガスマニホールド内のガス密度を下げたときのガス
配流の説明図）
【図９】本発明の燃料電池発電装置の第５実施形態の構
成を示す概略図
成を示す概略図
【図１０】本発明の燃料電池発電装置の第６実施形態の
構成を示す概略図
構成を示す概略図
【図１１】従来のリン酸型燃料電池本体の構成を示す斜
視図
視図
【図１２】従来のリン酸型燃料電池本体の構成を示す部
分断面図
分断面図
【図１３】従来のリン酸型燃料電池における空気極のガ
ス配流の説明図
ス配流の説明図
【図１４】従来のリン酸型燃料電池における燃料極のガ
ス配流の説明図
ス配流の説明図
１…積層セル １ａ…単位セル ２…ガス溝 ３…ガス拡散電極 ４…冷却板 ５…集電板 ６…締め付け板 ７ａ…空気供給用ガスマニホールド ７ｂ…燃料ガス供給用ガスマニホールド ７ｃ…空気排出用ガスマニホールド ７ｄ…燃料ガス排出用ガスマニホールド ８…成形パッキング ９…シール材 １０…ガス配管 １１…空気極 １２…燃料極 １３…改質器 １４…燃焼器 １５…変換器 １６…制御弁 １７…空気送風機 １８…空気供給側加熱装置 １９…燃料供給側冷却装置 ２０…空気排出側冷却装置 ２１…燃料排出側加熱装置 ２２…温度センサ ２３…ガス濃度センサ ２４…高密度不活性ガス供給ボンベ ２５…低密度不活性ガス供給ボンベ ２６…高密度不活性ガスライン ２７…低密度不活性ガスライン
Claims (10)
- 【請求項１】 一対の酸化剤極及び燃料極間に電解質層
を介在させた単位セルを複数積層して積層体を形成し、
この積層体の側面にガスマニホールドを配置し、前記ガ
スマニホールドに酸化剤ガス及び燃料ガスを供給、排出
するガス配管を接続してなる燃料電池発電装置におい
て、 前記酸化剤極あるいは燃料極の少なくともいずれか一方
において、反応ガス入口側及び出口側におけるガス密度
を均一にしたことを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項２】 前記酸化剤極において、反応ガス入口側
及び出口側におけるガス密度を均一にする手段が、酸化
剤極へ反応ガスを供給するガス配管に加熱装置を配置す
るものであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池
発電装置。 - 【請求項３】 前記燃料極において、反応ガス入口側及
び出口側におけるガス密度を均一にする手段が、燃料極
へ反応ガスを供給するガス配管に冷却装置を配置するも
のであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電
装置。 - 【請求項４】 前記酸化剤極において、反応ガス入口側
及び出口側におけるガス密度を均一にする手段が、酸化
剤ガス排出用ガスマニホールドに冷却装置を配置するも
のであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電
装置。 - 【請求項５】 前記燃料極において、反応ガス入口側及
び出口側におけるガス密度を均一にする手段が、燃料ガ
ス排出用ガスマニホールドに加熱装置を配置するもので
あることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装
置。 - 【請求項６】 前記加熱装置あるいは冷却装置に、ガス
温度を測定する温度センサが接続されていることを特徴
とする請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の燃料
電池発電装置。 - 【請求項７】 前記酸化剤極及び燃料極において、それ
ぞれ反応ガス入口側及び出口側におけるガス密度を均一
にする手段が、酸化剤ガス排出用ガスマニホールド及び
前記燃料ガス供給用ガスマニホールド内に、高密度不活
性ガスを供給するものであることを特徴とする請求項１
記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項８】 前記酸化剤極及び燃料極において、それ
ぞれ反応ガス入口側及び出口側におけるガス密度を均一
にする手段が、酸化剤ガス供給用ガスマニホールド及び
前記燃料ガス排出用ガスマニホールド内に、低密度不活
性ガスを供給するものであることを特徴とする請求項１
記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項９】 前記酸化剤ガス排出用ガスマニホールド
及び燃料ガス供給用ガスマニホールド内に、ガス濃度測
定用センサが設けられていることを特徴とする請求項７
記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項１０】 前記酸化剤ガス供給用ガスマニホール
ド及び前記燃料ガス排出用ガスマニホールド内に、ガス
濃度測定用センサが設けられていることを特徴とする請
求項８記載の燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8107347A JPH09293524A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8107347A JPH09293524A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09293524A true JPH09293524A (ja) | 1997-11-11 |
Family
ID=14456761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8107347A Pending JPH09293524A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09293524A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6416899B1 (en) | 1998-11-06 | 2002-07-09 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack |
| US6524735B1 (en) | 1999-05-18 | 2003-02-25 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack with a curved flow guide section |
-
1996
- 1996-04-26 JP JP8107347A patent/JPH09293524A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6416899B1 (en) | 1998-11-06 | 2002-07-09 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack |
| US6524735B1 (en) | 1999-05-18 | 2003-02-25 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack with a curved flow guide section |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI225718B (en) | Solid polymer cell assembly | |
| JPH04292865A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JPH03210774A (ja) | 内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池 | |
| Scholta et al. | Development of a stack having an optimized flow field structure with low cross transport effects | |
| CN101682065A (zh) | 燃料电池系统及其运行方法 | |
| JP4682511B2 (ja) | 固体酸化物型燃料電池 | |
| JPH08167416A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池用の燃料電池セル | |
| JPS63119166A (ja) | 燃料電池 | |
| JPH04294068A (ja) | 発電装置 | |
| JP3346784B2 (ja) | 縦縞円筒型固体電解質燃料電池 | |
| JP3706959B2 (ja) | 導電性チューブを挿入した円筒形固体電解質型燃料電池セルの構造、このセルを複数本束ねたバンドルの構造並びにこのバンドルを用いた発電モジュールの構造 | |
| JPH09293524A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JPH08306381A (ja) | 積層型燃料電池 | |
| JP3575650B2 (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池 | |
| JPH1167258A (ja) | 燃料電池 | |
| JPH0544781B2 (ja) | ||
| WO2017057151A1 (ja) | 燃料電池用改質器、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 | |
| JP6407069B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
| US11196063B2 (en) | System and method for solid oxide fuel cells with staged fuel supply | |
| JPH02304870A (ja) | 円盤積層固体電解質型燃料電池 | |
| JPH0249640Y2 (ja) | ||
| JP4282109B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池のスタック構造 | |
| JP2000058087A (ja) | 円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池 | |
| JPH02126561A (ja) | 燃料電池 | |
| JPH08298131A (ja) | 燃料電池 |