JPS5986162A - Fuel battery system and operating method therefor - Google Patents

Fuel battery system and operating method therefor

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JPS5986162A
JPS5986162A JP58182972A JP18297283A JPS5986162A JP S5986162 A JPS5986162 A JP S5986162A JP 58182972 A JP58182972 A JP 58182972A JP 18297283 A JP18297283 A JP 18297283A JP S5986162 A JPS5986162 A JP S5986162A
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stack
manifold
fuel
fuel cell
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カ−ル・エイ・レイザ−
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃料電池システムに係る。[Detailed description of the invention] The present invention relates to a fuel cell system.

電力を発生りるIこめの燃料電池発雷プラントのような
燃料電池システムは典fiす的に、スタックを形成する
にうにHいに重ねて配IC°1され電気的に直列に接続
された多数の燃料電池を含んでいる。燃料電池システム
は任意の数のスタックを含んでいてよい。反応ガスマニ
ホルドが、反応ガスを燃料電池に運ぶためまた反応流反
応ガスを燃料電池から受入れるために用い−うれている
。これらのマニホルドはスタックの側面に密に取付けら
れており、また圧縮可能なシーリング材料又【Jガスケ
ツ1−が、7ニホルドからの反応ガスの漏洩を阻止する
目的で、スタックの表面どマニホルドの縁との間に配置
されている。本願と所有権者を同じくする米国時6’f
第4.345.’009号明細+!1の第1図及び第2
図には、側面に外側反応ガスマニホルドを取f1りられ
たリン1lff塩電Pyi′質燃料電池のスタックが示
されている。
Fuel cell systems such as fuel cell lightning plants that generate electrical power typically have integrated circuits arranged one on top of the other and electrically connected in series to form a stack. Contains a number of fuel cells. A fuel cell system may include any number of stacks. A reactant gas manifold is used to convey reactant gases to the fuel cell and to receive reactant flow reactant gases from the fuel cell. These manifolds are tightly attached to the sides of the stack, and compressible sealing material or gaskets are placed around the surfaces of the stack and around the edges of the manifolds to prevent leakage of reactant gases from the stack. is located between. US time 6'f which has the same ownership as the application
No. 4.345. '009 details +! Figures 1 and 2 of 1
The figure shows a stack of phosphorus 1lff salt-electric Pyi' fuel cells with an outer reactant gas manifold f1 on the side.

スタックの表面に対してマニホルドの縁を確実にシール
する能力は、反応ガスの圧ツノ、動作温度及び燃料電池
内に用いられる電解質の種類を含む幾つかの因子に関係
している。このことがシーリングのために用いられ1q
る材料を制限する。また、外側マニホルドをスタック表
面に押付けるために用いられ得る力の大きさに関しても
制限が存在する。
The ability to reliably seal the edges of the manifold to the surfaces of the stack is related to several factors, including the reactant gas pressure, operating temperature, and the type of electrolyte used within the fuel cell. This is used for sealing and 1q
Limit the materials used. There are also limitations as to the amount of force that can be used to press the outer manifold against the stack surface.

溶融炭酸塩電解質燃料電池は649℃のオーダーの温度
及び9.9barのオーダー又はそれよりも高い反応カ
ス圧力で作動し1りる。もし大気圧よりも高い圧力で作
動する時には、スタックは圧力。
Molten carbonate electrolyte fuel cells operate at temperatures on the order of 649°C and reaction gas pressures on the order of 9.9 bar or higher. If operating at a pressure higher than atmospheric pressure, the stack will be under pressure.

容器内に配置される。スタックを包囲する圧力容器内の
可燃性カスの増大を阻止し月高い効率を維持づるために
【ま、これらの条イ′1下でマニホルドからの反応ガス
の逃げを完全に阻止する必要があるが、このことは非常
に回動である。
placed in a container. In order to prevent the increase of flammable gas in the pressure vessel surrounding the stack and maintain high efficiency, it is necessary to completely prevent the reaction gas from escaping from the manifold under these rows. But this is very rotational.

本発明の一つの目的は外側反応ガスマニホルドをイji
る燃料電池スタックからの反応ガスの漏洩を阻止するこ
とである。
One object of the present invention is to improve the outer reaction gas manifold.
The goal is to prevent leakage of reactant gas from the fuel cell stack.

本発明によれば、外側マニホルドを有する燃料電池スタ
ックはマニホルドとスタックとの間にシールを含んでお
り、またスタック内の反応ガス圧力よりも高い圧力で不
活性ガスを連続的に供給される圧力容器内に配向されて
J3す、圧力容器内の不活性ガスはシールを通過して反
応ガスマニホルド内へ連続的に漏洩する。
According to the present invention, a fuel cell stack having an outer manifold includes a seal between the manifold and the stack and is continuously supplied with an inert gas at a pressure higher than the reactant gas pressure within the stack. Once directed into the vessel, the inert gas within the pressure vessel continuously leaks through the seal and into the reactant gas manifold.

本発明の燃料電池システムは、漏洩を阻止しようと努力
づ−るのではなく、漏洩をに’T容している。
The fuel cell system of the present invention tolerates leaks rather than trying to prevent them.

しかし、本発明の燃料電池シス−Jムi、l、!洩が反
応力スマニボルドからではなく反応ガスマニホルド内へ
行われることを保証し”(Jjす、このJ、うな漏洩は
システムにとって実際−1づ((じ古(ある。これは非
常に苛酷な環境C′確実なシールを形成りるための困1
j−1Iな」1事を不要にする。
However, the fuel cell system of the present invention-Jmui,l,! Ensure that leaks are made into the reactant gas manifold and not from the reactor gas manifold. C' Difficulties in forming a reliable seal 1
Make one thing unnecessary.

本発明は溶a1を炭酸塩電解質燃料?h池システムとJ
(に使用づるのに’lVjによく適している。何故なら
ば、このような型式の燃料電池スタックに対して無1I
iii洩の外側マニホルドシールを形成覆ることは不可
能であったからである。
The present invention uses molten a1 as a carbonate electrolyte fuel? h pond system and J
(It is well suited for use in 'lVj.
iii. It was impossible to form and cover the leaky outer manifold seal.

ここに用いられている″゛不8i tlガス″という用
語番よ、スタック構成要素に有害イ1作用をするような
I)の有害成分を含有せず、しかしスタックを通過する
際に燃料電池の性能を実質的に低下させないようなガス
を意味している。従って、安全の目的で、不活性ガスは
燃料電池の動作温度で反応する酸化性又は酸化可能な成
分(即ち02、CI、Go、CH4及び1」2)を実質
的な量で含んで(\てtよならない。何故ならば、これ
らの成分の組合せは爆発を惹起し得るからである。燃料
電池又はマニホルドの腐蝕を加速するような成分も含ま
れていてはならない。
As used herein, the term "non-ITL gas" does not contain harmful components of I) that would have a harmful effect on the stack components, but does This refers to gases that do not substantially reduce performance. Therefore, for safety purposes, the inert gas may contain substantial amounts of oxidizing or oxidizable components (i.e., 02, CI, Go, CH4, and 1'2) that react at the operating temperature of the fuel cell. This must not be the case, since the combination of these ingredients can cause an explosion. Also, there must be no ingredients present that would accelerate corrosion of the fuel cell or manifold.

好ましい実施態様では、スタックの燃料電池は溶融炭酸
塩電M質を用いており、また反応済燃料ガスは燃11出
ロマニホルドから出され、−酸化炭素、未反応水素及び
他の炭化水素のような可燃物の実質的に全てを除去づる
ように燃焼される。こうして燃焼されたガス又はその一
部分は次いで不活性ガスとして圧力容器内へ導入される
。0.09毘2の作用面積の10〜20個の燃料電池か
らなるスタックをイ」づる燃料電池システムに於ける試
験結果から、マニホルドシールを通じてのスタック内へ
の不活性ガスの漏洩は、燃料電池システムの効率低下を
1%の1/10以下に留め得るようなレベルに保たれ得
ることが示された。
In a preferred embodiment, the fuel cells of the stack employ molten carbonate electrolytes, and the reacted fuel gas is exited from the combustion manifold and contains carbon oxides, unreacted hydrogen, and other hydrocarbons. It is burned to remove substantially all of the combustible material. The gas thus combusted, or a portion thereof, is then introduced into the pressure vessel as an inert gas. Test results in fuel cell systems in which stacks of 10 to 20 fuel cells with an active area of 0.09 cm2 have been tested have shown that leakage of inert gas into the stack through the manifold seals is It has been shown that the efficiency of the system can be kept at such a level that the reduction in efficiency can be kept to less than 1/10 of 1%.

本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は、双手に本
弁明の好J、シい実施例を図面tこjこり詳細に説明づ
る中で一層明らかになろう。
The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent as the preferred embodiments of the present invention are described in detail in the drawings.

本発明の!It! ’vJ的な例として、第1図に示さ
れているような燃料電池システムをと察りる。このシス
テムでは燃t3+電池スタックは仝休として参照rH号
10をを(=Jされている。スタック10は、ηいに積
み重ねられて電気的に直列に接続され(いる段数個の燃
料電池マニボルドからなっている。燃1′31電池の各
々は、−・対の電極の間に配置1′?された溶融炭酸J
i電解質を含/νでいる。隣1キー燃料電池はガスを透
過さけないン9電性の仮にJ:す117AてIうれてい
る。このような燃料電池の構造GJ当業者に良く知られ
でJ3す、ホット明の新規性の一部分をなりものて(よ
ない。スタック10は圧密容器14の中に配向され−C
いる。それによりガス空間15がスタック10とそれを
包囲する容器14との間に郭定されている。
The invention! It! As a typical example, consider a fuel cell system as shown in FIG. In this system, the fuel cell stack is made up of several stages of fuel cell manifolds that are stacked and electrically connected in series. Each of the fuel cells consists of a molten carbonate J placed between pairs of electrodes.
iContains electrolytes/v. The next 1 key fuel cell is a gas impermeable, 9 electrically conductive fuel cell. The structure of such a fuel cell is well known to those skilled in the art and represents some of the novelty of the hot light.
There is. A gas space 15 is thereby defined between the stack 10 and the container 14 surrounding it.

四つのスタック側面16.18.2’O及び22の各々
はそれぞれ、図示されていない手段により取付けられた
反応ガスマニホルド24.26.28.30をイjする
。これらのマニホルドは、上記米国特許第4.245.
009号明lll書に示されている仕方でスタック10
の周りに巻付けられた帯により取(−1けられていても
よい。スタック側面に7二小ルドを取付ける方法は本発
明の一部分をイ@ 1JものでGJない。“ピクチュア
・フレーム″型刀スグッ1〜シール29がスタック10
の側面1G、18.20.22の各々とそのそれぞれの
マニホルド24.26.28.30の周縁フランジ31
どの間にサンドウィッチ状に挾まれている。シール29
は気密ではない。このシールは例えば多孔性且圧縮可能
でありまた燃料電池電解質として一般に用いられる型式
の溶融炭酸塩に対して実際上不活性である廿ラミツタフ
ァイバシールであってよい。
Each of the four stack sides 16.18.2'O and 22 each have a reactant gas manifold 24.26.28.30 attached by means not shown. These manifolds are described in U.S. Pat. No. 4,245.
Stack 10 in the manner shown in Book No. 009
The method of attaching the 72 small lead to the side of the stack is part of the present invention. Katana Sugugu 1 to Seal 29 are stack 10
side 1G, each of 18.20.22 and its respective manifold 24.26.28.30 peripheral flange 31
It's sandwiched between the two. Seal 29
is not airtight. The seal may be, for example, a laminate fiber seal that is porous and compressible and is virtually inert to molten carbonates of the type commonly used as fuel cell electrolytes.

マニホルド24は]ンジット32を介して水素富化され
たガス流を供給される燃料ガス入口マニホルトである。
Manifold 24 is a fuel gas inlet manifold that is supplied with a hydrogen-enriched gas stream via pipe 32 .

マニホルド24は燃料ガスを燃料電池スタック1−2に
運ぶ。燃料ガスはスタックを横切って燃料電池を通過し
、燃料ガス出口28にJ:り受入れられる。反応済燃料
ガス(水素の殆どが反応した燃料ガス)は39管34を
経てマニホルド28を去る。マニホルド26はAキシダ
ントガス入ロマニホルドである。このマニホルドは導管
36を杼てオキシダントガスを受入れ、それを燃料電池
12へ運、5;。オキシダントガスはスタックを横切っ
て燃料ガスの通過方向と垂直の方向に燃料電池スタック
を通過し、オキシダントガス出口Cマニホルド30によ
り受入れられる。反応済のオキシダン1へガスは導管3
8をを出てマニホルド26を去る。
Manifold 24 conveys fuel gas to fuel cell stack 1-2. Fuel gas passes across the stack and through the fuel cells and is received at fuel gas outlet 28. Reacted fuel gas (fuel gas with most of the hydrogen reacted) leaves manifold 28 via tube 34 . The manifold 26 is a Roman manifold containing A oxidant gas. The manifold receives oxidant gas through conduit 36 and conveys it to fuel cell 12, 5; Oxidant gas passes through the fuel cell stack in a direction perpendicular to the direction of fuel gas passage across the stack and is received by oxidant gas outlet C manifold 30. Gas is transferred to the reacted oxidane 1 through conduit 3
8 and leave manifold 26.

第1図の簡単化された燃料電i1!シスツム(・は、液
体又は気体状の炭化水素であ−)てJ、い炭素含有原料
が図示されていない手段に、1す、燃料電池スタックが
作動1べき圧力に加j1−され<2゜(燃料電池スタッ
クは大気圧でも作動し1!Iるが、大気圧よりも高い圧
力で作動することが右イ’l ’C+kiる)。この燃
料は、同一圧力の蒸気と共に、蒸気改質装置40のよう
な燃料コンディショニング装置に導入される。改質装置
40内で水素は、セラミック上に支持されたニッケルの
ような適当な触媒の存在下に蒸気及び炭素炭素含有原料
の反応ににり改質される。水素に富む改質された燃料は
容積比で約50%水素、10%C0110%CO2及び
30%H20である。この改質された燃料は蒸気改質装
置40から導管32を経てスタック10の燃料ガス入ロ
マニボルド24に供給される。
Simplified fuel electric i1 in Figure 1! A carbon-containing raw material in a liquid or gaseous hydrocarbon system is supplied by means not shown, and the fuel cell stack is applied to an operating pressure of <2°. (Fuel cell stacks can operate at atmospheric pressure, but they can operate at pressures higher than atmospheric pressure.) This fuel is introduced into a fuel conditioning device, such as steam reformer 40, along with steam at the same pressure. In reformer 40, hydrogen is reformed by reaction of steam and carbon-containing feedstock in the presence of a suitable catalyst, such as nickel supported on ceramic. The hydrogen-rich reformed fuel is approximately 50% hydrogen, 10% CO, 10% CO2, and 30% H20 by volume. This reformed fuel is supplied from the steam reformer 40 through the conduit 32 to the fuel gas-filled Romanibold 24 of the stack 10.

導管34を粁で燃料ガス出口マニホルド28を去る反応
湾燃料ガスは二酸化炭素、未反応水素、−a化炭素及び
水蒸気を含んでいる。このガス流1J凝縮器44を通さ
れ、その際に水が導管4Gを経て除去される。この水は
ボイラ48内で蒸気に変換され、この蒸気はボイラから
S管5,0を経て蒸気改質装v340に運ばれる。
The reaction bay fuel gas leaving the fuel gas outlet manifold 28 through conduit 34 contains carbon dioxide, unreacted hydrogen, carbon dioxide, and water vapor. This gas stream 1J is passed through a condenser 44, with water being removed via conduit 4G. This water is converted into steam in the boiler 48, and this steam is conveyed from the boiler to the steam reformer v340 via the S pipes 5,0.

タービン56により駆動される圧縮機54からの圧縮さ
れた空気は導管36を経てスタック10のオキシダント
ガスマニホルド26に供給され、これは燃料電池スタッ
ク12に3・1するA1シダントガスである。当桑者に
良く知I)れ(いイーように、空気は溶融炭酸塩電解質
燃料電池内の燃料電池スタック反応を効率的に行うのに
1分/−: It!の一酸化炭素を含有していない。従
って、反応済燃料ガス枡出物のCO2部分がスタックに
導入される空気に加えられる必要がある。しかし、それ
に先立って、反応済燃Y3+ガス中の可燃物の実7′1
的にづへCが除去されなければならない。従って、今比
較的乾燥し−(いる反応演燃料ガスが凝縮器44からバ
ーナ42へ運ばれる。圧縮機5/Iからの圧縮され1、
:空気も導管58を杼てバーナ/I2/\供給される。
Compressed air from a compressor 54 driven by a turbine 56 is supplied via conduit 36 to the oxidant gas manifold 26 of the stack 10, which is the A1 cidant gas that supplies the fuel cell stack 12. As is well known to those skilled in the art, it takes 1 minute for the fuel cell stack reaction in a molten carbonate electrolyte fuel cell to run efficiently: It! air contains carbon monoxide. Therefore, the CO2 part of the reacted fuel gas output needs to be added to the air introduced into the stack.
Towards the end, C must be removed. Thus, the now relatively dry reaction fuel gas is conveyed from the condenser 44 to the burner 42.
: Air is also supplied to the burner /I2/\ through the conduit 58.

バーナ及びAキシクン1〜ガス人1°1マー小ルト26
に与えられる空気は蒸気改質装置/’/ ’I Oに入
る燃料と同一の圧力であり、従って各燃料電池スタック
12を横切るハー力差は最小である1、外側マニホルド
24.26.28及び30内の圧力(よシステム内の不
可避の圧力低下によつ゛(のみ相違・する。バーナ42
に導入される空気の吊1J、バーナ42からのIノ+出
物が実質的に二酸化炭素、窒素及び少量の水のみを含む
ように、水素、−酸化炭素及び他の可燃物の実!′1的
に完全な燃焼を保証するのに丁度十分な量であることが
好ましい。
Burner and A xicun 1 ~ gas person 1° 1 mark small route 26
The air provided to the steam reformer /'/'IO is at the same pressure as the fuel entering the IO, so the Her force difference across each fuel cell stack 12 is minimal. The pressure in burner 42 (only differs due to the unavoidable pressure drop in the system)
1J of air is introduced into the burner 42 so that the output from the burner 42 contains essentially only carbon dioxide, nitrogen and small amounts of water, hydrogen, carbon oxides and other combustible materials! Preferably, the amount is just sufficient to ensure completely complete combustion.

オキシダントが燃料電池スタックを通過した後、出ロマ
ニボルド30からの高温の反応済オキシダントガスは熱
交換器62を通されて、ボイラ48に対して熱を与える
。まだかなりの量のエネルギを含んでいる反応済オキシ
ダントカス流はその後にタービン56をイ」勢するのに
用いられ得る。
After the oxidant passes through the fuel cell stack, the hot reacted oxidant gas from the output Romanibold 30 is passed through a heat exchanger 62 to provide heat to the boiler 48 . The reacted oxidant gas stream, which still contains a significant amount of energy, may then be used to energize turbine 56.

本発明によれば、導性60からのバーナ排出物の少量は
導管64に向けられ、プロア66のようイ1適当な手段
により僅かに圧力を高められる。スタック10に供給さ
れる反応ガスの圧力よりも少し畠いD−力に高められた
このガスは圧力容器14のガス空間15内に運ばれ、シ
ール29を通って反応万スマニ小ルド内に連続的に漏洩
する。
In accordance with the invention, a small amount of the burner discharge from the conductor 60 is directed into a conduit 64 and is slightly pressurized by suitable means such as a blower 66. This gas, raised to a pressure slightly higher than the pressure of the reaction gas supplied to the stack 10, is conveyed into the gas space 15 of the pressure vessel 14 and continues through the seal 29 into the reaction manifold. will be leaked.

前記のようにバーナ排出物は実質的に二酸化炭素、窒素
及び少量の水蒸気のみを含lνでいる。窒素は、勿論、
スタック10内で完全に非反応性且′Jl腐食性である
。マニホルド内への二酸化炭素の漏洩も、勿論、無害で
ある。何故4ドらば、二酸化炭素は7J:1−メタン1
ヘガスの必要な成分であり、また燃料電池の燃料ガス側
の燃料電池反応の副生物(゛あるからである。少R1の
水も)1((害である。もし、何らかの理由で、バーt
 42 bs tらの排出物が許容限痕以上の水素又は
伯の可燃物又は許容限麿以、[の水を含lυでいるなら
ば、これらの成分の量を一層減少さけるため、別の追加
的なバーナ及び(又は)凝縮器が導管64に組込まれ得
る。圧力容4.器内に導入される不活性ガスが約1.0
%までの酸素、約2.0%までの水素及び約1.0%ま
でのメタンを含有づることはV1容し得ると信ヒ′られ
る。
As mentioned above, the burner effluent contains essentially only carbon dioxide, nitrogen and a small amount of water vapor. Of course, nitrogen
It is completely non-reactive and corrosive within the stack 10. Leakage of carbon dioxide into the manifold is, of course, also harmless. Why 4 d, carbon dioxide is 7J:1-methane 1
It is a necessary component of hydrogen gas, and is also a by-product of the fuel cell reaction on the fuel gas side of the fuel cell.
42 b.s.t. If the emissions contain hydrogen in excess of the permissible limit, or combustible substances or water in excess of the permissible limit, separate additions should be made to further reduce the amount of these components. A typical burner and/or condenser may be incorporated into conduit 64. Pressure capacity 4. The inert gas introduced into the vessel is approximately 1.0
% oxygen, up to about 2.0% hydrogen, and up to about 1.0% methane.

制限因子はシステム効率であり、超過可燃物制限に関J
るムのではない。
The limiting factor is system efficiency, and J
It's not about Lum.

第2図には、525の燃料電池なるスタックを有し、各
燃料電池が約1.44m1!の作用面積を有Jる溶Fl
l I;A酸塩燃わ1電池発電プラントの総合効率対す
るスタックマニホルド内への不活性ガス漏洩の影響がグ
ラフて示されている。グラフにマニホルド漏洩はスタッ
ク当り且時間当りm3で示されている。各0.0911
13の20個の燃料電池スタックからなるスタックの試
験で実際に生じた漏洩率をスケールアップすることによ
り、それよりもはるかに大規模な525個の燃料電池ス
タックからなるスタックは時間当り約6.94m’の漏
洩率で漏洩JるものとIW定される。グラフから解るよ
うに、6.94 m1/hの漏洩率では、発電プラン1
〜の効率低下はく無凋洩の場合に比べて)1%の1 /
 10 J:りも小さい。この漏洩率の3又は4倍の漏
洩率に伴う効率低下も許容し得る。効率低下かこのよう
に小さい理由の一つは、加圧のために用いられる不活性
カス、従ってまたその■ネルキ含有最の殆どがシステム
に失われないことである。本発明の一つの試験では、各
30.5c+nx30.5cmの方形の20個の溶融炭
酸塩電解質燃料電池のスタックがn4製圧力容器内に収
納された。
Figure 2 shows a stack of 525 fuel cells, each approximately 1.44m1! A molten Fl having an active area of
The effect of inert gas leakage into the stack manifold on the overall efficiency of an I;A acid-fired single cell power plant is graphically illustrated. The manifold leakage is shown in the graph in m3 per stack and per hour. 0.0911 each
By scaling up the leakage rates that actually occurred in tests of 13 stacks of 20 fuel cell stacks, a much larger stack of 525 fuel cell stacks would have a leakage rate of about 6.5 mm per hour. It is determined that IW will leak at a leak rate of 94 m'. As can be seen from the graph, at a leakage rate of 6.94 m1/h, power generation plan 1
efficiency decrease of ~1% (compared to the case without delamination) 1 /
10 J: Rimo is small. Efficiency losses associated with leakage rates three or four times this leakage rate may also be tolerated. One of the reasons for such a small efficiency loss is that most of the inert sludge used for pressurization, and therefore also its Nerki-containing material, is not lost to the system. In one test of the present invention, a stack of 20 square molten carbonate electrolyte fuel cells, each 30.5c+nx30.5cm, was housed in an N4 pressure vessel.

このスタックの四つの面の各々にステンレス鋼の反応ガ
スマニホルドが取付けられた。0.254Cmの厚みの
ジルコニアファイバのマツ]−がスタックの側面とマニ
ホルドの外縁との間のシール月利として用いられた。反
応ガスは9.8barの圧力でマニホルドに供給された
。重ni比で同tjiの窒素及び二酸化炭素の不活性ガ
スがバーナ排出ガスをシミ:ル−t−iるために用いら
れた。このガスが反応ガスの圧ツノよりも高い2.5/
I−・7.62cmH2Oの圧力て圧力容器内に供給さ
れた、定富作動状態で、燃料電池が約649°0の編1
0(゛0動しているとき、不活性ガスは圧力’f”f 
’+?’r /)”−、>反応カスマニホルド内に約0
.51  m1/l+の’、1度で漏洩ザることか測定
された。これは(i 、  ’/ !Irn3/ 11
燃料及び12.1m’/hオキシダントの7ニホルド内
への反応カス流に相当する。電力プラントの一部分とし
て使用されるとき、不活性ガスが1記の速疫で反応カス
マニホルド内へ漏洩Jることによる発電プラン1〜総合
効率の低−i=<、to、1%以下である。
A stainless steel reaction gas manifold was attached to each of the four sides of the stack. A 0.254 cm thick zirconia fiber sprue was used as a seal between the side of the stack and the outer edge of the manifold. Reaction gas was fed to the manifold at a pressure of 9.8 bar. Inert gases of nitrogen and carbon dioxide with the same ratio of nitrogen and carbon dioxide were used to stain the burner exhaust gas. This gas is higher than the pressure horn of the reaction gas 2.5/
I-・7.62 cmH2O pressure was supplied into the pressure vessel, and the fuel cell was operated at a constant richness of approximately 649°0.
0 (゛0When moving, the inert gas has a pressure 'f'f
'+? 'r/)''-, > Approximately 0 in the reaction gas manifold
.. It was measured that a leakage rate of 51 m1/l+ occurred at 1 degree. This is (i, '/!Irn3/11
This corresponds to a reaction waste flow into the 7-nifold of fuel and 12.1 m'/h oxidant. When used as part of a power plant, power generation plan 1 - low overall efficiency due to inert gas leaking into the reactor manifold at a rate of 1 - i = <, to, 1% or less .

本発明をその好ましい実tS態様についてん2明してき
たが、本発明の範囲内で(の形11!j及び細部に種々
の変更及び省略が行われ得ることは当梨者にj二りL1
1!解されよう。
Although the present invention has been described in terms of its preferred embodiments, it should be understood by those skilled in the art that various changes and omissions may be made in the form and details of (within the scope of the present invention).
1! It will be understood.

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

第1図は木J5明による燃料電池システムを一部はブロ
ック図でまた一部(より欠いて示す概要図である。 第2図は燃料電池システムの効率へのマニホルド漏洩の
影響を示すグラフである。 10・・・燃料電池スタック、12・・・燃料電池、1
4・・・圧密容器、15・・・ガス空間、16〜22・
・・スタック側面、24.26.28.30・・・反応
ガスマニホルド、29・・・シール、32〜38・・・
導管。 40・・・蒸気改質装置、42・・・バーナ、44・・
・凝縮器、4G・・・導管、48・・・ボイラ、50・
・・導管、54・・・ハニ縮機、56・・・タービン、
58.60・・・導管。 62・・・熱交換器、64・・・導管、66・・・ブロ
ア特ム′1出願人  ユナイデツド・チクノロシーズ・
コーポレイション
Figure 1 is a partial block diagram and partial schematic diagram of a fuel cell system by Akira Thu J5. Figure 2 is a graph showing the effect of manifold leakage on the efficiency of a fuel cell system. Yes. 10...Fuel cell stack, 12...Fuel cell, 1
4... Pressure-tight container, 15... Gas space, 16-22.
...Stack side, 24.26.28.30...Reaction gas manifold, 29...Seal, 32-38...
conduit. 40... Steam reformer, 42... Burner, 44...
・Condenser, 4G... Conduit, 48... Boiler, 50.
... Conduit, 54 ... Honey compressor, 56 ... Turbine,
58.60... Conduit. 62...Heat exchanger, 64...Conduit, 66...Blower special '1 Applicant: United Chiknoroses
Corporation

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)燃料電池システムであって、 複数個の燃料電池を含む燃料電池スタックと、前記スタ
ックに取付けられた外側反応ガスマニホルド手段と、 前記ガスマニホルドと前記スタックとの卯に配置された
ガスシール手段と、 第一の圧力で燃料電池反応ガスを前記マニホルド手段内
へ運ぶための手段と を含んでいる燃料電池システムに羨て、前記スタック及
びマニホルド手段を包囲しその間にガス空間を郭定づる
圧力容器ど、 不活性ガスの源と、 前記第一の圧力よりも高い第二のバカで不活性ガスを前
記源から前記圧力容器内の前記/Jス空間へ運ぶための
手段とを含んでおり、 前記ガスシール手段がそれを通る3!l! l/;+的
なガス漏洩を許すように構成且配置されており、それに
より不活性ガスが前記ガスシール手段を通じて前記ガス
空間から前記反応ガスマニホルド手段へ連続的に漏洩す
る ことを特徴とする燃料電池システム。
(1) A fuel cell system comprising: a fuel cell stack including a plurality of fuel cells; an outer reaction gas manifold means attached to the stack; and a gas seal disposed between the gas manifold and the stack. and means for conveying a fuel cell reactant gas into the manifold means at a first pressure, surrounding the stack and the manifold means and defining a gas space therebetween. a pressure vessel, the pressure vessel comprising: a source of inert gas; and means for conveying a second pressure of inert gas from the source to the space within the pressure vessel; 3, through which the gas sealing means passes! l! constructed and arranged to permit positive gas leakage, whereby inert gas continuously leaks from the gas space through the gas sealing means into the reaction gas manifold means. fuel cell system.
(2)燃料電池システムであって、 それぞれ溶融炭酸塩電解質を含む複数個の燃料電池を含
む燃料電池スタックと、 前記スタックに取付けられており、燃料を前記燃料電池
に運ぶための燃料ガス入口マニホルドと、反応流燃料を
前記燃料電池から受入れるための燃料ガス出口マニホル
ドと、オキシダントを前記燃料電池に運、S(ためのオ
キシダントガス入口マニホルドと、反応済オキシダント
を前記燃料電池から受入れるためのオキシダントガス出
口マニホルドとを含んでいる外側反応ガスマニホルド、
手段と、前記ガスマニホルド手段と前記スタックとの間
に配置されたガスシール手段と、 第一の圧力で燃料ガスを前記燃料入口マニホルド内へま
た前記第一の圧力でオキシダントを前記Aキシダント入
ロマニホルド内へ運ぶIこめの手段と、 反応済燃料ガスの少なくとも一部分4萌1i13燃斜出
ロマニホルドh白ら前記オキシダン1−人「1マニホル
ドへ運ぶための手段と を含んでいる燃料電池システムに於て、前記スタック及
びマニホルド手段を包囲しておりイの間にガス空間を郭
定する圧ノj容器と、バーナ手段と、 不活性カスを生成するべく廃応演燃料ガスの少なくとも
一部分を前記燃利出ロマニホルドfp tら前記バーナ
手段へ運ぶための手段と、11う記第−の圧力よりも高
い第二の圧力で不活性ガスの少なくとも一部分を前記バ
ーナ手段から11う記月力容器内の前記ガス空間へ運ぶ
ための手段とを含/uでおり、前記ガスシール手段がそ
れを通る連続的なガス漏洩を許ずように構成且配置され
てJjす、それにJ、り不活性ガスが前記圧ツノ容器内
の前記ガス空間から前記ガスシール手段を通って前記燃
r1及びオキシダント入口及び出口マニホルドへ連続的
に漏洩する ことを特徴とりる燃料電池システム。
(2) a fuel cell system comprising: a fuel cell stack including a plurality of fuel cells each containing a molten carbonate electrolyte; and a fuel gas inlet manifold attached to the stack for conveying fuel to the fuel cells. a fuel gas outlet manifold for receiving reactant stream fuel from the fuel cell; an oxidant gas inlet manifold for transporting oxidant to the fuel cell; and an oxidant gas inlet manifold for receiving reacted oxidant from the fuel cell. an outer reactant gas manifold including an outlet manifold;
gas seal means disposed between the gas manifold means and the stack; and gas seal means disposed between the gas manifold means and the stack; and a gas seal means disposed between the gas manifold means and the stack; and means for conveying at least a portion of the reacted fuel gas to the combustion output manifold. a pressurized canister surrounding said stack and manifold means and defining a gas space therebetween; and burner means for directing at least a portion of the waste fuel gas to said fuel to produce an inert scum. means for conveying at least a portion of the inert gas from the burner means at a second pressure higher than the first pressure to the burner means; means for conveying the gas into the gas space, said gas sealing means being constructed and arranged to permit continuous gas leakage therethrough; A fuel cell system characterized in that there is continuous leakage from the gas space in the pressure horn vessel through the gas sealing means to the fuel r1 and oxidant inlet and outlet manifolds.
(3)複数個の燃料電池を含む燃料電池スタックと、燃
料及びオキシダント反応カスをスタックの燃料電池へ運
ぶため且反応済燃料及びオキシダント反応カスをスタッ
クの燃わl電池から受入れるためスタックの側面に取付
けられた燃料及びオキシダント反応ガス入口及び出口マ
ニホルドどを含んでおり、マニホルド及びスタック内の
反応物は第一の圧力にあり、またスタックはそれを包囲
するガス空間を郭定する圧力容器内に配置されている燃
料電池システムの作動方法に於て、 不活性ガスを前記第一の圧力よりも高い第二の圧力で前
記ガス空間内へ連続的に供給すろ過程と、不活性カスを
ガス空間から反応ガスマニホルド内へ連続的に漏洩させ
る過程ど を含んでいることを特徴とする燃料電池システムの作動
方法。
(3) a fuel cell stack containing a plurality of fuel cells and a side wall of the stack for transporting fuel and oxidant reaction scum to the stack's fuel cells and for receiving reacted fuel and oxidant reaction scum from the stack's combustion cells; including attached fuel and oxidant reactant gas inlet and outlet manifolds, the reactants within the manifold and the stack being at a first pressure, and the stack being within a pressure vessel defining a gas space surrounding it. The method of operating the fuel cell system arranged therein includes the steps of: continuously supplying inert gas into the gas space at a second pressure higher than the first pressure; and inert gas into the gas space. A method for operating a fuel cell system, comprising the steps of: continuously leaking a reaction gas from a reactant gas into a manifold;
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